a, TEM-tvärsnittsbild av en In(Ga)N/GaN enskiktsö. b, En högförstorad HAADF-STEM-bild av In (Ga) N-enkelatomskiktet, medan den övre panelen visar motsvarande atomschema. c, SEM-bild med lutande vy av arrayer av efter våtetsade och återväxta nanotryckta In(Ga)N/GaN-pelare, insättningen av figuren representerar en typisk pelare. d, Fotoluminescensspektrum för emittern från de valda mätområdena vid 8 K under 355 nm excitation. e, Autokorrelation av huvudtoppen som den orangefärgade rektangeln och tillsammans med de lägre energitopparna som den gulskuggade rektangeln i figur d. Kredit:Xiaoxiao Sun, Ping Wang, Tao Wang, Ling Chen, Zhaoying Chen, Kang Gao, Tomoyuki Aoki, Li Mo, Jian Zhang, Tobias Schulz, Martin Albrecht, Weikun Ge, Yasuhiko Arakawa, Bo Shen, Mark Holmes, och Xinqiang Wang
Enstaka fotonemitters är viktiga enheter för att förverkliga framtida optiska kvantteknologier inklusive optisk kvantberäkning och kvantnyckeldistribution. Mot detta mål, Forskare i Kina och Japan identifierade och karakteriserade en ny typ av kvantemitter bildad från rumsligt åtskilda monolageröar av InGaN inklämda i en GaN-matris. Denna nya struktur kan öppna nya möjligheter för ytterligare kvantenheter.
Icke-klassiska ljuskällor som sändare av enstaka foton är viktiga enheter för att förverkliga framtida optiska kvantteknologier inklusive optisk kvantberäkning och kvantnyckeldistribution. Hittills flera strategier, inklusive enstaka atomer, kvantprickar (QDs), enstaka molekyler, och punktfel, har använts för att utforska utvecklingen av enstaka fotonemitters. Även om stora framsteg har gjorts i utvecklingen av fasta enfotonemitters, inklusive hög renhet och omöjlig att skilja från QDs, och höga utsläppshastigheter från både defekter och QD, varje teknik har sina egna nackdelar. Därför, grundforskning kring utvecklingen av enstaka fotonutsändare som använder nya material och tekniker är avgörande.
I en ny tidning publicerad i Ljusvetenskap och tillämpningar , ett team av forskare från State Key Laboratory for Mesoscopic Physics and Frontiers Science Center for Nano-optolectronics, Skolan för fysik, Peking University, Kina, och Institutet för industrivetenskap, Universitetet i Tokyo, Japan har utvecklat en ny typ av kvantemitter bildad från rumsligt separerade monolageröar av InGaN inklämda i en GaN-matris. De odlade först en plan struktur av InGaN monolageröar med hjälp av molekylär strålepitaxi, och mönstrade sedan provet till pelare med hjälp av nanoimprint-litografi och induktivt kopplad plasmareaktiv-jonetsning. Detaljerad optisk analys av emissionsegenskaperna hos de isolerade monolageröarna visade att huvudemissionslinjen kunde spektralfiltreras för att fungera som en ljus, och snabb enkel fotonemitter vid en våglängd på ~ 400 nm, med hög grad av fotostabilitet.
"III-nitridmaterial valdes för denna studie eftersom de förväntas erbjuda flera fördelar för utvecklingen av framtida enheter, inklusive en bred avstämning i emissionsvåglängd, kompatibilitet med kiselsubstrat för tillväxt, och stöd från en världsomspännande industriell infrastruktur för enhetstillverkning på grund av deras utökade användning i moderna optoelektronik och kraftenhetstillämpningar, säger forskarna.
Teamet föreslår också att nästa steg i forskningen är att arbeta mot högre utsläppsrenhet, och att framtida utvecklingar (eventuellt med användning av andra material) kan leda till realiseringen av sändare som arbetar vid våglängder som är kompatibla med konventionella fiberoptiska system.
