中大新聞網(wǎng)訊（通訊員雷世菁）中山大學(xué)物理學(xué)院、光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王雪華、劉進(jìn)教授研究團(tuán)隊(duì)為解決高性能微納量子光源難以規(guī)模化確定性制備問(wèn)題，提出和開(kāi)發(fā)了量子輻射子的超分辨和高光譜快照式熒光成像方法與技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高性能微腔量子光源器件“又快又準(zhǔn)”的規(guī)?；苽?，為構(gòu)建可擴(kuò)展光量子集成芯片奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果以“Super-resolved snapshot hyperspectral imaging of solid-state quantum emitters for high-throughput integrated quantum technologies”為題于2024年5月22日發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《自然-光子學(xué)》（Nature Photonics）上。
量子輻射子與微納光子結(jié)構(gòu)的確定性耦合對(duì)于探索光與物質(zhì)的相互作用、制備高性能的光量子器件、構(gòu)建可擴(kuò)展的光量子集成芯片等至關(guān)重要。然而, 量子輻射子的空間位置與光譜的隨機(jī)性往往導(dǎo)致其與微納光子結(jié)構(gòu)模式的失配, 嚴(yán)重阻礙了高性能量子光源的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用。精準(zhǔn)確定每個(gè)量子輻射子的空間位置和輻射波長(zhǎng)是解決這一重大挑戰(zhàn)的關(guān)鍵，為此，中山大學(xué)王雪華/劉進(jìn)教授研究團(tuán)隊(duì)，提出和開(kāi)發(fā)了量子輻射子的超分辨和高光譜快照式熒光成像方法與技術(shù)，它能同時(shí)對(duì)大量的量子點(diǎn)進(jìn)行高精度的空間定位和光譜分辨，并基于該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高性能微腔量子光源器件的規(guī)?；_定性制備。這一技術(shù)巧妙利用納米光子平面微腔的色散關(guān)系對(duì)量子點(diǎn)遠(yuǎn)場(chǎng)熒光輻射的調(diào)控作用，僅通過(guò)單次成像便可同時(shí)獲取多個(gè)量子點(diǎn)的空間位置信息和光譜信息，其空間定位與波長(zhǎng)分辨精度分別達(dá)到15 nm 和0.4 nm。這項(xiàng)研究突破了傳統(tǒng)成像技術(shù)只能獲取量子點(diǎn)位置信息的限制，解決了量子點(diǎn)與微納光子結(jié)構(gòu)無(wú)法確定性耦合的難題，可為量子輻射子的快速全面表征、光量子功能器件的批量制備、可擴(kuò)展光量子芯片的研發(fā)、超分辨生物成像等提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，將進(jìn)一步推動(dòng)量子信息技術(shù)與經(jīng)典光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展。
圖1. 超分辨快照高光譜成像原理圖與實(shí)驗(yàn)采集的量子點(diǎn)成像光斑。
中山大學(xué)為該成果的第一署名單位，中山大學(xué)物理學(xué)院劉順發(fā)博士后為論文第一作者，中山大學(xué)王雪華教授和劉進(jìn)教授為論文共同通訊作者。中科院半導(dǎo)體所倪海橋研究員、牛智川研究員與劉汗青博士在量子點(diǎn)生長(zhǎng)方面提供了重要支持，天津大學(xué)胡小龍教授與孟赟博士生為本工作提供了用于壽命測(cè)試的超導(dǎo)單光子探測(cè)器，新加坡國(guó)立大學(xué)的仇成偉教授參與了該工作，中山大學(xué)物理學(xué)院博士生李學(xué)詩(shī)、邱貴鑫、馬劍濤、聶亮對(duì)該論文的實(shí)驗(yàn)部分亦有貢獻(xiàn)。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目以及中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目等的大力支持。
