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中國科學技術大學單分子科學團隊的董振超研究小組，通過發(fā)展與掃描隧道顯微鏡相結合的單光子檢測技術和分子光電特性調控手段，在國際上首次清晰地展示了空間位置和形貌確定的單個分子在電激勵下的單光子發(fā)射行為及其單光子源陣列。國際權威學術期刊《自然·通訊》日前發(fā)表了這項成果。
單光子源研究是量子信息領域的核心內容之一，清晰可控的高密度單光子源陣列更是構建量子芯片器件和量子網絡的關鍵。但受實驗技術和熒光淬滅效應的制約，基于單個孤立分子的電泵單光子發(fā)射行為一直未能得到清晰明確的展示。
中科大單分子科學團隊經過長期探索，通過巧妙調控隧道結納腔等離激元的寬頻、局域與增強特性，拓展了測量極限。他們優(yōu)化了熒光分子與脫耦合層材料的選擇與構造，成功獲得了來自氯化鈉脫耦合層表面上的單個孤立酞菁分子的電致分子熒光。
發(fā)現(xiàn)電泵單分子發(fā)光表現(xiàn)出明顯的光子反聚束效應，所測量到的二階相關函數在零延遲時的數值均小于0.5，單光子發(fā)射的純凈度指標最好可以小到0.09，達到電泵單光子發(fā)射的國際先進水平。
在此基礎上，他們構筑了二維3×3分子陣列，測量發(fā)現(xiàn)所有分子均表現(xiàn)出近乎全同的單光子發(fā)射特性，實現(xiàn)了高密度單光子源陣列的構造和展示。這些成果不僅為在納米尺度研究金屬附近分子的光物理現(xiàn)象提供了新手段，也為研發(fā)面向光電集成量子技術的電泵單分子單光子源提供了新思路。
