半導體納米材料相干光學特性的實驗研究

《半導體納米材料相干光學特性的實驗研究》是依託南京大學，由王曉勇擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：半導體納米材料相干光學特性的實驗研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：王曉勇
• 依託單位：南京大學

項目摘要

能夠對兩能級量子系統產生的單光子進行處理和控制，來實現長距離傳輸二進制編碼的保密數據是實現未來量子信息處理和通訊的必要條件。與自然原子相比，以外延生長量子點、膠體量子點和單壁碳納米管為代表的半導體納米材料具有較大的光學躍遷偶極矩，而且其形狀、尺寸、密度、位置和組成等參數在生長過程中都能夠得到有效的控制，從而達到靈活地調節其電光特性等目的。本項目計畫對上述這三種半導體納米材料在單分子精度進行量子相干特性的測量和單光子器件的研製。在外延生長量子點方面，將結合微腔量子電動力學來觀察到更多新奇的量子相干特性；在膠體量子點方面，爭取首次實現量子干涉和Rabi振盪這些基本量子相干特性的測量；在單壁碳納米管方面，通過單光子發射的測量，來解決其在室溫條件下是否為兩能級量子發光體這個問題。項目完成時，力爭發表若干具有重要國際影響的學術論文，建立具有國際先進水平的半導體納米材料光學特性研究團隊。

結題摘要

本項目的主要研究方向是半導體納米材料的單光子發射和相干光學特性，所研究的材料體系包括自組織量子點、膠體量子點、石墨烯量子點和碳納米管等。項目進行的2011年主要完成了針對單光子發射和相干光學特性測量所需重要光學儀器設備的搭建工作，包括共聚焦掃描光學顯微鏡、側面激發低溫光學顯微鏡、無液氦低溫共聚焦光學顯微鏡、時間相關單光子計數系統和雙脈衝麥可遜干涉儀等。項目進行的2012年開始在半導體納米材料的單分子光譜和超快光譜測量方面進行了一系列的研究工作，並在氧化石墨烯的非直接帶隙螢光發射和利用能量轉移方法研究膠體量子點的載流子倍增效應方面取得了重要的實驗成果。2013年開始集中研究石墨烯量子點這種新型半導體納米材料體系，首次實現對其單粒子精度的光學特性測量，提出其基於量子態和缺陷態的兩種不同螢光發射機制。2013年，我們還研究了在平面微腔內自組織InGaAs量子點的光學特性，觀察到和下轉換螢光效率相同的上轉換螢光，並通過理論計算將其歸結為量子點間的相干作用以及微腔對自發輻射速率進行調製所產生的綜合效應。項目進行至今發表項目標註文章4篇，並在國外國際會議上做邀請報告5次。由於本項目已經得到延續資助，下面將從論文發表情況、科研成果介紹和後兩年工作構想三方面進行總結。