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美国集成纳米技术中心（CINT）的研究人员利用碳纳米管实现了通信波段的可控单光子发射，该碳纳米管量子光发射器对基于光学的量子信息处理和信息安全发展来说具有重要意义，也有望服务于超灵敏探测、计量学及成像应用等，同时将服务于量子光学的深度研究。 图为碳纳米管单光子发射原理示意图 CINT的成员Stephen Doorn表示：“我们通过对纳米管表面进行化学改性从而引入可控的发光缺陷，我们已经成功利用碳纳米管制成单个光子源，致力于在室温条件下实现缺陷状态粒子发射，并展示其在可用波长上的技术功能。理想情况下，单个光子发射器将在通信波长范围实现室温运行及发射，但这仍然是一个难以捉摸的目标。” 他补充道：“到目前为止，可以在这些波长范围内作为单个光子发射体的材料必须被冷却到液氦温度才能发挥作用，使其对于最终应用或科学目的而言十分受限。” CINT的纳米管实验上取得的一个关键突破是，研究团队能够强制实现在碳纳米管的缺陷部位沿着纳米管的单光子发射。 关键的技术点是控制每个纳米管的缺陷数量：一个纳米管，一个缺陷，单个光子……通过控制单个纳米管的单光子发射，能够实现控制光子的量子特性，继而进行存储、操纵、传输信息等操作。 CINT的研究人员能够使用重氮化学方法实现对该工艺过程的控制，这种化学作用的原理是将有机分子与纳米管表面相结合以制造出所需缺陷。 重氮反应化学物质能够可控地引入基于苯的缺陷，使之对周围环境中的自然波动敏感性降低。最重要的是，重氮化学反映的多功能性还使得研究人员能够获得纳米管发射波长的固有可调性。 对于通信应用来说，利用大部分方法产生的光子波长都太短，且其中光子还需要在光路内被有效产生及传输。该研究团队发现，通过选择适当直径的纳米管可以实现单光子发射波长的可调谐，且波长范围在通信波段。 功能化的碳纳米管在未来具有广阔的发展前景，Doorn指出，功能化学的进步可以帮助我们更好的将化学反应整合到光子、等离子体基元和超材料等结构中，以实现进一步控制量子的发射特性，最终更好的服务于电驱动器件及光学电路等不同应用当中。
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