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综述:基于六方氮化硼的量子发射体及其在新一代量子技术中的应用
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月18日 来源:Progress in Quantum Electronics 7.6
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这篇综述系统阐述了六方氮化硼(h-BN)作为量子发射体(quantum emitters)的独特优势,重点分析了其宽禁带(~6eV)、室温稳定单光子发射及与光子电路集成的潜力。文章深入探讨了本征/非本征缺陷(intrinsic/extrinsic defects)的调控方法,并展望了其在量子通信、自旋电子学(spintronics)和片上量子系统中的应用前景。
量子发射体在h-BN中的神奇表现
Abstract
六方氮化硼(h-BN)作为一种宽禁带(~6eV)层状范德华材料,因其独特的性质成为量子技术的新宠。研究发现,h-BN能在室温下产生稳定的量子发射,覆盖紫外到近红外的宽光谱范围,这使其成为下一代量子技术平台的理想候选。
Introduction
量子技术的核心是光学活性缺陷(或称色心),而h-BN的二维结构和无悬键表面为色心提供了理想环境。与金刚石、碳化硅(SiC)等材料相比,h-BN的色心展现出室温单光子发射、窄零声子线和高量子效率等优势。2016年首次在h-BN中观察到单光子发射后,研究迅速升温。h-BN的二维特性使其易于与光子电路集成,且无需低温操作。此外,通过应变或电场调控,其发射特性可进一步优化。
Quantum emission from defects in h BN
h-BN中的色心具有宽光谱发射能力,归因于其宽禁带和二维结构。这些色心不仅能在室温下稳定工作,还具有高光稳定性和量子效率,非常适合高速量子通信和计算。
Defect engineering
缺陷工程方法包括热退火、等离子体处理和离子辐照等。近年来,电子辐照等技术实现了色心的位点特异性制备,为精准调控提供了新手段。
Spintronics
h-BN中的自旋缺陷(spin defects)具有独特的自旋相关特性,可用于量子存储和传感。这些缺陷不仅支持单光子发射,还能通过自旋态操控实现更复杂的功能。
Conclusion and outlook
h-BN量子发射体的研究已取得显著进展,但仍面临相干时间短等挑战。未来,通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)等外延掺杂策略,有望实现大规模应用,推动量子技术的发展。
CRediT authorship contribution statement
本文由多位作者合作完成,涵盖了从概念设计到数据分析和撰写的全过程。
Declaration of competing interest
作者声明无利益冲突。
Acknowledgement
研究得到了韩国国家研究基金会(NRF)等机构的资助。
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