近日，宁波东方理工年夜学理学部物理学院讲席传授魏苏淮团队结合互助者，初次成立了金刚石色心零声子线波长的化学设计法则，并据此猜测出一种具备本征通讯波段发光的新型色心单光子源。
这一结果为定向设计量子质料提供了全新思绪。日前，相干论文发表在国际顶级期刊《美国化学会志》。
据先容，量子收集依靠单光子传输信息。若单光子源能直接事情于通讯波段，就能自然兼容现有光纤基础举措措施，年夜幅降低传输损耗。然而，天然界中抱负的单光子源——金刚石色心，其零声子线年夜多位在可见光或者近红外区域。试验上虽可经由过程量子频率转换技能“姑息”通讯需求，但体系繁杂、效率丧失等问题也随之而来。是以，直接设计通讯波段的新型色心单光子源，成为该范畴亟待冲破的要害科学问题。
研究中，魏苏淮团队将眼光锁定于金刚石中一类具备反演对于称性的“空位-杂质-空位”（V-I-V）色心系统上。这种色心自然按捺谱线漂移，具有窄线宽、高相关性的天赋上风，是抱负单光子发射器的候选者。
研究团队联合第一性道理计较与群论阐发，展现了这种色心发光波长的调控机制。
其一，杂质原子的原子尺寸与轨道能级，配合决议了成键态与反键态之间的能级差，即零声子线的波长。
其二，对于在满盘踞d轨道的较重元素，杂化及应变效应会增年夜能级破裂，孕育发生更短波长发光。而对于在缺乏d轨道的较轻元素，则更易实现长波长发光。
这一法则将色心发光波长与杂质原子的微不雅属性直接联系关系起来，实现了从“经验筛选”到“定向设计”的底子改变。通讯波段新“信使”现身基在上述设计法则，研究团队确定了一个极具潜力的通讯波段色心单光子源——负三价“V-Mg-V”色心（MgV3-）。
计较显示，该色心的零声子线位在1448纳米，完善笼罩通讯波段。更使人振奋的是，它具备极弱的电子-声子耦合，其Huang-Rhys因子仅为0.0607，对于应Debye-Waller因子高达94.1%。这象征着其绝年夜部门发光都集中于零声子线通道，具有优秀的光学相关性及高质量单光子发射潜力。
“这项研究初次将杂质原子的原子尺寸、轨道能级与色心光学跃迁波长直接联系关系起来，为通讯波段发光色心的定向设计，提供了明确的理论依据。”第一作者邱晨暗示。这一结果不仅展现了金刚石色心零声子线的微不雅发源，其成立的理论要领及设计思绪还有可推广至其他宽禁带质料与固态缺陷系统，为新型量子发光质料的发明及优化提供了普适要领，有望加快固态量子器件走向实用化的进程。
相干论文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.6c02983
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