碳纳米管和硅基微腔耦合极大地增强了单光子的发射效率

通过将化学掺杂的碳纳米管涂覆在具有很多微小孔的硅衬底上，日本理化研究所的研究人员已经证明了光的单粒子或光子的强大来源（Nano Letters，“Enhanced single-photon emission from carbon-nanotube dopant states coupled to silicon microcavities”）。它可以每秒喷出多达约1700万个单光子，使得该光子源有希望用于量子信息技术来发送不可破解的消息。

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图1为涂覆在用微腔蚀刻的硅衬底上的掺杂碳纳米管（左），当被激光激发时，能强烈地发射单光子。（图片来源：日本理化研究所）

光已经被用在庞大的光纤通信电缆网络中的全球高速传输信息。这些系统使用经典态的光传输数据 - 但光也是量子世界的一员，有时表现得像波，有时像光子的粒子流。这些光粒子带有可用于编码数据的量子信息，由Yuichiro Kato领导的日本理化研究所纳米量子光子实验室的研究员Akihiro Ishii说。

基于量子信息的通信系统是非常令人感兴趣的，因为在不干扰数据本身的情况下拦截数据是不可能的，从而能够防止被窃听。但是，早期用于生成单光子的系统有一个房间的那么大。对于实际应用，迫切需要发射单光子的纳米材料。

单壁碳纳米管 - 结构类似于卷成圆柱体的平坦碳原子片 - 先前已被证明在被激光激发时发射单光子。 Kato、Ishii和他们的同事现在通过将碳纳米管集成在含有规则阵列孔的硅基上，极大地增强了它们的光子发射。

该团队将化学掺杂的碳纳米管薄膜涂覆在硅衬底上，硅衬底上刻有微小的孔，从而形成光子晶体微腔（如图1中所示）。然后他们用激光激发纳米管。

一小部分纳米管与硅基上的一个微腔完美对齐。 “当碳纳米管与具有非常小体积的微腔耦合时，光子发射效率通过称为珀塞尔效应的现象而增强，”Ishii解释说。该团队发现，这种耦合增强了纳米管的光发射约50倍。

更重要的是，即使激光束的强度增加，该装置也能在室温下产生高纯度的单光子。 “这一结果意味着我们的设备经久耐用，可以提供良好的性能，”Ishii说。 “高功率激发产生明亮的单光子发射。”

该团队目前正在努力修改碳纳米管和硅基微腔，以便它们能在通信主波长处发射明亮的单光子。

原文链接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=50774.php（实验帮译）

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