中國粉體網(wǎng)2月21日訊  半導(dǎo)體自組織量子點、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)，也是實現(xiàn)高品質(zhì)單光子源、糾纏光子對、A-B(Aharonov-Bohm)效應(yīng)、量子態(tài)操縱及量子計算器件的理想體系，還在太陽能電池、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)。

　　中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所超晶格國家重點實驗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、量子環(huán)、納米線中量子點、納米線中量子環(huán)的自組織外延生長、液滴外延生長方法。采用Ga、In液滴法外延技術(shù)實現(xiàn)了多種量子環(huán)結(jié)構(gòu)的形貌、密度可控生長(Appl. Phys. Lett. 89, 031921(2006))。2008年研制成功DBR諧振腔與單量子點耦合的電驅(qū)動單光子發(fā)射器件，在此基礎(chǔ)上，為進一步提高單光子源的品質(zhì)，開展了納米線中量子點結(jié)構(gòu)的生長，以提高單光子的可定向發(fā)射效率。先后實現(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量子點結(jié)構(gòu)的可控生長。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量子點耦合，觀測到液氦(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)，可以生長出密度與形貌可控量子點、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“方形”量子環(huán)且具有高品質(zhì)發(fā)光特性。(Nanoscale,10.1039(2013))。

　　他們進一步生長了GaAs/AlGaAs納米線中的GaAs量子點，以及置于AlGaAs 量子環(huán)中心并覆蓋AlGaAs勢壘的GaAs量子點，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的單量子點激子發(fā)光，單光子發(fā)射速率達到8MHz，二階關(guān)聯(lián)強度小于0.15。這為實現(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)

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