基於結晶固體中有機單分子的高效率量子光源實驗研究

《基於結晶固體中有機單分子的高效率量子光源實驗研究》是依託華中科技大學，由陳學文擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於結晶固體中有機單分子的高效率量子光源實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳學文
• 依託單位：華中科技大學

項目摘要

二十年來人們對固體單量子系統（如有機分子、半導體量子點、金剛石色心等）的探測、顯微和操縱研究激發和促進了大範圍的基礎和套用研究。其中引人注目成果之一便是基於單量子系統輻射反聚束效應的單光子源的演示，作為一種核心資源推動了量子信息科學的快速發展。另外，單分子的研究催生了單分子生物物理學這一新學科領域的誕生。然而以上兩方面的研究及其現實套用受到了單量子系統螢光輻射微弱、收集效率低、光子輻射不確定性高等系列因素的嚴重製約。近年納米光學快速發展，人們可在納米尺度自由控制光場，這給操控單量子系統的帶來巨大新機遇。在本項目中，我們將研究基於結晶固體中單分子的高效率、頻寬傅立葉受限的單光子源和雙光子源，結合納米光學概念與技術，極大增強在液氦恆溫器中穩定單分子的光子輻射速率、方向性和0-0聲子線的強度，從而實現按需確定的、明亮的量子光源，為量子保密通信、信息處理和光子強相互作用等研究與套用提供優質資源。

結題摘要

隨著微納加工技術和光子學的發展，對固體單量子系統（如有機分子、半導體量子點、金剛石色心等）的探測、顯微和操縱到了納米尺度，形成了量子納米光子學這一前沿領域。在這樣的學科發展背景下，我們提出了本項目的立項申請、擬定了項目研究內容和目標。在項目執行期間，我們基本按照申請書中所列的研究內容開展，取得了預期的效果，同時根據目前國內外的研究發展情況以及本項目的新研究發現做了一定的拓展性研究。（1）建立了系統的基於量子化光場能處理任意結構與材料中光與單量子系統相互作用的理論模型；研究了基於新型深亞波長等離激元與單量子體系耦合效應的單光子源、相干輻射光源；(2) 搭建了一個單分子樣品主體與客體共同升華的裝置，製備出高質量的包含有單分子的有機薄膜單晶樣品，樣品與同時滿足液氦低溫和近場光學實驗要求，通過微操縱製備和演示了定向輻射、單光子性能優異的單光子源器件，可高效率耦合到單模光纖中；（3）建設完成了極低溫（1.2 K）共聚焦顯微系統，等效數值孔徑1.25，用於產生Fourier受限的全同單光子輻射；（4）建設完成了固態單量子系統三維近場操控系統，演示了對經典納米顆粒和固態單量子體進行抓取和精確定位放置，利用80nm 金顆粒和Al3O2介質基底對Terrylene單分子螢光輻射增強了40倍且保持輻射效率70%以上。我們的本項研究課題及其結果為量子納米光子學的發展提供了參考意義和一定的基礎。