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基于單層過(guò)渡金屬硫化物的單光子源研究獲進(jìn)展
作者：朱漢斌 來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)  
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近日，華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院/廣東省量子調(diào)控工程與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員朱起忠與香港大學(xué)博士翟大偉、教授姚望合作，在單層過(guò)渡金屬硫化物的激子特性方面取得重要研究進(jìn)展。他們?cè)诶碚撋咸岢隽嘶�于層�?nèi)激子產(chǎn)生偏振與軌道角動(dòng)量鎖定的單光子源及其陣列的方案。相關(guān)研究發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Nano Letters。
單光子源在量子信息和量子通訊中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。近些年來(lái)，研究人員發(fā)現(xiàn)單層過(guò)渡金屬硫化物（TMD）中的激子可以作為很好的單光子源，具有高度的可集成性和可調(diào)控性，并且莫爾周期外勢(shì)中的激子普遍被認(rèn)為可以實(shí)現(xiàn)單光子源陣列。這引起了研究人員的廣泛興趣和大量研究。
然而，目前研究的基于TMD的單光子源發(fā)出的光子只有偏振自由度，而我們知道光子除了偏振自由度外還有軌道角動(dòng)量自由度。能否利用TMD中的激子來(lái)產(chǎn)生攜帶軌道角動(dòng)量以及偏振和軌道角動(dòng)量糾纏的光子呢？如果可以做到，這將在充分利用TMD中單光子源的優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上提供一個(gè)新的產(chǎn)生內(nèi)部自由度糾纏的單光子源，預(yù)期將在領(lǐng)域內(nèi)引起廣泛的興趣。
最新研究中，研究人員在考慮TMD層內(nèi)激子的能谷軌道耦合的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)通過(guò)利用將TMD鋪在各項(xiàng)同性的納米泡上產(chǎn)生的各向同性的應(yīng)力束縛勢(shì)，應(yīng)力外勢(shì)中的激子本征態(tài)具有能谷和軌道角動(dòng)量糾纏的特性。利用光與激子的耦合理論，他們進(jìn)一步證明了這樣得到的能谷和軌道角動(dòng)量糾纏的激子可以被攜帶軌道角動(dòng)量的光子激發(fā)，也可以通過(guò)激子復(fù)合發(fā)出偏振和軌道角動(dòng)量糾纏的單光子。
研究組又進(jìn)一步提出，基于轉(zhuǎn)角氮化硼襯底產(chǎn)生的大周期莫爾外勢(shì)，TMD中的帶電激子在此基礎(chǔ)上可以形成發(fā)出偏振和軌道角動(dòng)量糾纏的單光子源的陣列。
該研究工作提出了基于TMD中的激子產(chǎn)生偏振和軌道角動(dòng)量糾纏的單光子源及其陣列的一種新方案，對(duì)基于TMD的單光子源研究起到了推動(dòng)作用，具有潛在的應(yīng)用前景。
上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和廣東省自然科學(xué)基金的支持。華南師范大學(xué)碩士研究生張迪為該論文第一作者，朱起忠為通訊作者，華南師范大學(xué)為第一單位。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00459
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