隨著量子科學(xué)及技術(shù)的快速發(fā)展，單光子源已成為光量子信息研究中的關(guān)鍵器件，對量子計算起著至關(guān)重要的作用。NANOBASE將反聚束實驗與快速拉曼和光致發(fā)光成像技術(shù)聯(lián)用，該項技術(shù)將給科研工作者更便捷的手段進(jìn)行與量子計算機等新興技術(shù)密切相關(guān)的單光子源研究。

單光子源具有獨特的量子力學(xué)特性，其在量子技術(shù)和信息科學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用，包括量子計算機開發(fā)和密碼學(xué)技術(shù)研究等等。常見的單光子源有金剛石中的氮空位（NV）色心、單個熒光分子、碳納米管和量子點等。反聚束實驗則是鑒別單光子源的重要表征方法。

知識拓展

NV（Nitrogen-Vacancy）色心是金剛石中的一種點缺陷。金剛石晶格中一個碳原子缺失形成空位，近鄰的位置有一個氮原子，這樣就形成了一個NV色心。

反聚束效應(yīng)是一種量子力學(xué)效應(yīng)，它揭示了光的類粒子行為。它是由于單光子源一次只能發(fā)射一個光子而產(chǎn)生的現(xiàn)象。由于兩次光子發(fā)射之間必須完成一個激發(fā)和弛豫循環(huán)，兩次光子發(fā)射之間的最小間隔主要取決于單光子源的激發(fā)態(tài)壽命。

當(dāng)將發(fā)光信號分成兩束，采用兩個檢測器同時探測，每個光子只能被其中一個檢測器探測到。即在同一時刻僅有一個檢測器可以探測到光子。反聚束效應(yīng)會導(dǎo)致兩個探測器的信號在很短的延遲時間內(nèi)呈現(xiàn)反相關(guān)（HBT實驗）。

光子反聚束測試功能

和常見的利用機械位移平臺的mapping方式相比，采用掃描振鏡的mapping方式無需樣品發(fā)生任何位移，通過光斑在視場內(nèi)的nm級位移來實現(xiàn)樣品的成像。這種方式可以方便的和磁場，低溫，CVD等其他設(shè)備結(jié)合在一起，實現(xiàn)“絕對”的原位測試，避免位移平臺本身重復(fù)精度累積帶來的成像扭曲和定位偏差。

而全新推出的光子反聚束測量模塊，在原本拉曼光譜、熒光壽命、光電流成像的基礎(chǔ)上新增光子反聚束功能，在方便快捷的進(jìn)行零聲子線的測試的同時，還可以完成光子反聚束的測量，極大的簡化色心的搜尋流程，迅速判斷制備工藝水平。

該模塊有助于研究者用拉曼光譜和光致發(fā)光（PL）成像來表征樣品，快速確定目標(biāo)區(qū)域（可能有單光子源的區(qū)域），隨后在同一儀器來進(jìn)行反聚束實驗。

典型案例：

對已經(jīng)進(jìn)行過氮離子注入處理過的納米級金剛顆粒進(jìn)行光譜分析，從而精準(zhǔn)定位符合要求的潛在色心：上圖1為在5X物鏡下進(jìn)行快速粗掃后得到的針對零聲子線峰位強度成像，圖2為40X物鏡下粗掃獲得的強度圖像，可以看到十字標(biāo)志處單獨存在的一個潛在優(yōu)質(zhì)色心，圖3為該點的PL光譜圖，可以清晰看到637nm處的較窄的零聲子線。

利用掃描振鏡直接將光斑移動至感興趣的點位進(jìn)行HBT測試，上圖為測得的單個NV-所體現(xiàn)的光子反聚束現(xiàn)象。

常見的處理金剛石樣品的方法有很多，比如以濃硫酸和雙氧水配備的食人魚溶液浸泡和清洗，或者將金剛石樣品放入空氣中進(jìn)行高溫加熱，經(jīng)過處理后的金剛石樣品表面氧化層被去除后，再通過飛秒激光輻射等方法進(jìn)行N離子的注入，從而生成單個NV色心、多個NV色心發(fā)光點，以及高密度NV色心團簇。

與顯微共聚焦熒光系統(tǒng)聯(lián)用的光子反聚束實驗具有眾多優(yōu)勢。不僅可以快速篩選NV色心的可能區(qū)域，還能實現(xiàn)空間分辨及對其單光子發(fā)光源特性的研究，這一技術(shù)可以有效地協(xié)助單光子源的前沿研究，助力新型量子技術(shù)的快速篩選和實驗。

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審核編輯：湯梓紅