清华大学利用激光加工氮化硼实现大规模高性能量子光源

图1a到c展示了四个不同尺寸的缺陷图案以及相应的光致发光图像。图1d展示了总缺陷数目中产生单光子（g2(τ)<0.5）缺陷的百分比，即单光子产率。单光子源的产率随缺陷图案尺寸的增加而增大，在3.0μm大小的缺陷图案中达到最高的42.9%的产率，是目前所有自上而下制作方法中最高的。随后随着尺寸进一步增大，单光子源产率逐渐降低。图2a中黑色曲线显示的是单光子源光子发射速率跟泵浦功率的关系，经过拟合可以得到饱和光子发射速率为8.69Mcps，这是目前使用自上而下加工技术制作的单光子源中亮度最高的。

图2. (a)制作出最高亮度单光子源的光子发射速率跟泵浦功率关系。(b)一个典型单光子源的发光峰及其二阶关联函数(插图)

图2b显示的是一个制作出来单光子源典型的发光峰，发光峰波长在540nm左右。插图中显示的是其二阶关联函数，其中g2(0)为0.06±0.03，说明单光子源纯度高。这是因为研究利用的是单脉冲飞秒激光，它避免了高重频脉冲激光的热效应导致的材料损伤。除了上述高效制作高质量单光子源的优势外，该方法还对衬底无损伤，并且具有大规模制作的能力，为hBN单光子源在量子集成光学芯片中的应用开辟了一条有效途径。

相关成果以“六方氮化硼材料中利用激光大规模制备高亮度高纯度单光子源”（Large-Scale, High-Yield Laser Fabrication of Bright and Pure Single-Photon Emitters at Room Temperature in Hexagonal Boron Nitride）为题近期发表于《美国化学学会·纳米》（ACS Nano）期刊上，清华大学电子工程系助理研究员甘霖和2020级博士研究生张聃旸为共同第一作者，清华大学电子工程系教授宁存政为通讯作者。该工作完成单位包括清华大学电子工程系和深圳技术大学集成电路与光电芯片学院。

该研究得到国家自然科学基金和北京市自然科学基金的支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c04386