中國(guó)粉體網(wǎng)2月21日訊  半導(dǎo)體自組織量子點(diǎn)、量子環(huán)具有“類原子”特性，是目前量子信息與科技前沿領(lǐng)域固態(tài)量子物理和信息器件十分重要的量子結(jié)構(gòu)，也是實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)單光子源、糾纏光子對(duì)、A-B(Aharonov-Bohm)效應(yīng)、量子態(tài)操縱及量子計(jì)算器件的理想體系，還在太陽(yáng)能電池、微腔激光器、傳感器等新型微納光電器件中具有重要應(yīng)用前景。目前，上述量子結(jié)構(gòu)的可控制備依然面臨挑戰(zhàn)。

　　中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所超晶格國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員牛智川課題組近年來深入系統(tǒng)地研究了In(Ga)As量子點(diǎn)、量子環(huán)、納米線中量子點(diǎn)、納米線中量子環(huán)的自組織外延生長(zhǎng)、液滴外延生長(zhǎng)方法。采用Ga、In液滴法外延技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多種量子環(huán)結(jié)構(gòu)的形貌、密度可控生長(zhǎng)(Appl. Phys. Lett. 89, 031921(2006))。2008年研制成功DBR諧振腔與單量子點(diǎn)耦合的電驅(qū)動(dòng)單光子發(fā)射器件，在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高單光子源的品質(zhì)，開展了納米線中量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)，以提高單光子的可定向發(fā)射效率。先后實(shí)現(xiàn)了Ga液滴自催化GaAs納米線、GaAs/AlGaAs核殼結(jié)構(gòu)、納米線中嵌入InAs量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的可控生長(zhǎng)。首次采用Ga液滴自催化GaAs納米線中應(yīng)力誘導(dǎo)成核方式生長(zhǎng)了分叉納米線(Appl. Phys. Lett. 102, 163115(2013))，并成功地將GaAs分叉納米線與InAs量子點(diǎn)耦合，觀測(cè)到液氦(4K)溫度下的高品質(zhì)單光子發(fā)射(Nano Letters,13,1399(2013))。

　　最近，課題組查國(guó)偉、喻穎等在研究中發(fā)現(xiàn)：通過優(yōu)化GaAs納米線側(cè)壁淀積Ga液滴成核溫度與晶化條件等參數(shù)，可以生長(zhǎng)出密度與形貌可控量子點(diǎn)、量子環(huán)等新奇量子結(jié)構(gòu)，首次發(fā)現(xiàn)單根納米線側(cè)壁形成單個(gè)“方形”量子環(huán)且具有高品質(zhì)發(fā)光特性。(Nanoscale,10.1039(2013))。

　　他們進(jìn)一步生長(zhǎng)了GaAs/AlGaAs納米線中的GaAs量子點(diǎn)，以及置于AlGaAs 量子環(huán)中心并覆蓋AlGaAs勢(shì)壘的GaAs量子點(diǎn)，通過陰極熒光譜與掃描電子顯微鏡結(jié)合，首次在液氮溫度下(77K)清晰地觀察到納米線腔模增強(qiáng)的單量子點(diǎn)激子發(fā)光，單光子發(fā)射速率達(dá)到8MHz，二階關(guān)聯(lián)強(qiáng)度小于0.15。這為實(shí)現(xiàn)液氮溫度下高發(fā)射速率的單光子源等量子光學(xué)器件提供了新的材料結(jié)構(gòu)。(Advanced Materials, Article first published online: 14 FEB 2014 | DOI: 10.1002/adma.201304501)

　　本項(xiàng)研究工作得到國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院先導(dǎo)專項(xiàng)(B)、中國(guó)科技大學(xué)“量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心”的支持。