导读据德国慕尼黑工业大学（TUM）官网近日报道，该校物理学家领导的国际团队以仅几纳米的精度成功地将光源安放在原子薄度的材料层中。这种新方法将带来许多的量子技术应用，从智能手机中的量子传感器和晶体管到数据传输所用的新型加密技术。
背景
之前，芯片上的电路以电子作为信息载体。未来，以光速传递信息的光子将可以在光学电路上完成这项任务。
（图片来源：Getty Images）
到那时，连接量子光纤电缆和探测器的量子光源，将成为这些新型芯片的基本构件。
创新
近日，德国慕尼黑工业大学（TUM）物理学家亚历山大·霍莱特纳（Alexander Holleitner）与乔纳森·芬利（Jonathan Finley）领导的国际团队在原子薄度的材料层中成功地创造出这种量子光源，并以纳米精度安放它们。
下图所示：二硫化钼层中的缺陷，由氦离子轰击产生，可成为量子技术的纳米光源。
（图片来源：Christoph Hohmann / MCQST）
技术
这项研究的领导作者朱利安·克莱恩（Julian Klein）表示：“这被认为是朝着光学量子计算机迈出的关键性的第一步。因为对于未来应用来说，光源必须与光子电路（例如波导）连接在一起，从而实现光基量子计算。”
这里的关键点在于，精准可控地安放光源。虽然研究人员可以在传统的三维材料例如金刚石或硅中创造出量子光源，但是这些量子光源却无法精确地安放在这些材料中。
物理学家们采用一层半导体二硫化钼（MoS2）作为原料，这种材料只有三个原子的厚度。他们采用氦离子束照射该材料，离子束被他们聚焦到小于一纳米的表面区域上。
为了生成具有光学活性的缺陷，即我们期望的量子光源，钼或硫原子被从层中精确地“轰击”出来。缺陷就是被称为“激子（电子空穴对）”的陷阱，然后它们会激发出我们期望的光子。
沃尔特·肖特基研究所纳米技术与纳米材料中心的新型氦离子显微镜能以无与伦比的横向分辨率照射这种材料。从技术角度讲，这种新型氦离子显微镜对于这项研究来说是最重要的。
该团队与慕尼黑工业大学、马克斯·普朗克学会、不来梅大学的研究人员开发出一个模型，这个模型也从理论上描述了缺陷处所观察到的能量状态。
未来，研究人员们也想要创造出更加复杂的光源模式，例如在横向的二维晶体结构中，从而也可以研究多激子现象或者奇异的材料特性。
这是一个通往长久以来只在所谓的“Bose-Hubbard模型”理论中描述的世界的实验手段，该模型试图解释固体中的复杂过程。
价值
进展不仅会出现在理论中，也可能出现在技术开发中。因为光源总是会在材料中拥有同样的潜在缺陷，所以它们在理论上是无法区分的。这样就会带来基于纠缠这一量子力学原理的应用。
克莱恩表示：“我们的量子光源有可能会非常优雅地集成到光子电路中。由于灵敏度高，我们将可以为智能手机打造量子传感器，并为数据通信开发极度安全的加密技术。”
（图片来源：巴塞尔大学物理系）
关键字二硫化钼、量子技术、光学
参考资料
【1】J. Klein, M. Lorke, M. Florian, F. Sigger, L. Sigl, S. Rey, J. Wierzbowski, J. Cerne, K. Müller, E. Mitterreiter, P. Zimmermann, T. Taniguchi, K. Watanabe, U. Wurstbauer, M. Kaniber, M. Knap, R. Schmidt, J. J. Finley, A. W. Holleitner. Site-selectively generated photon emitters in monolayer MoS2 via local helium ion irradiation. Nature Communications, ; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-10632-z
【2】http://www.tum.de/nc/en/about-tum/news/press-releases/details/35627/
