东南大学物理学院团队在面向高性能室温单光子源的胶体二维量子阱结构工程领域取得重要进展

（通讯员 尹婷婷）近日，东南大学倪振华教授、尹婷婷教授团队与合作者协同创新，设计并构建了具有双梯度（doubly gradient）渐变结构的胶体准二维量子阱，实现了明亮、高纯度且最极小闪烁的室温单光子发射，为研制稳健的室温量子发射器提供了新视角。该研究成果以《面向高性能室温单光子源的胶体二维量子阱结构工程》（Engineering Colloidal Quasi-2D Quantum Wells for High-Performance Room-Temperature Single-Photon Sources）为题，发表在《Journal of the American Chemical Society》（美国化学会志）杂志上。

在量子技术应用中，胶体纳米材料需具备高颗粒均匀性、高光致发光量子产率、窄发射线宽及快速发射速率等关键性能指标。尽管胶体零维量子点在室温单光子源研究中已取得显著进展，但其仍面临尺寸分布不均和严重非辐射俄歇复合等问题，制约了其量子光源性能的进一步提升及片上集成应用的发展。胶体准二维量子阱（colloidal quasi-2D quantum wells）因其高发射均匀性、优异的光致发光量子产率及室温下的窄线宽等特性，被视为实现高性能单光子源的理想体系。然而，其较大横向尺寸所导致的激子环境敏感性与多激子发射现象，长期以来阻碍了其作为单光子源的可行性。

针对上述挑战，研究团队创新性地提出了一种双梯度结构架构：在面内方向引入组分梯度CdSe/CdSe_xS_1−x核，以精确调控电子–空穴波函数分布，从而有效抑制多激子俄歇复合；在厚度方向构筑梯度Cd_yZn_1−yS壳层，显著降低界面应变与非辐射缺陷的产生。该设计巧妙结合了零维和二维结构的优势，实现了近100%的系综光致发光量子产率及明亮的单光子发射（0.6−1.2 × 10⁵ counts/s）。进一步通过调控CdSe核尺寸，研究团队在2 nm核体系中获得了92%的单光子发射纯度（g²(0) ≈ 0.08），并在8 nm核体系中实现了96.9%的高亮态占比。

该研究不仅确立了胶体准二维量子阱作为高性能室温单光子源平台的潜力，还提出了一套确定性结构设计规则，可同步满足多项关键性能指标。尤为重要的是，基于胶体准二维量子阱的单光子源展现出良好的芯片集成适应性，有望克服传统零维量子点在集成应用中的局限性，为量子信息技术所需相干量子光源的发展提供了新思路。

东南大学物理学院为该工作第一完成单位，尹婷婷教授为论文第一作者，倪振华教授与尹婷婷教授为共同通讯作者。研究工作得到了国家重点研发计划、江苏省自然科学基金等项目的支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5c08797

供稿：物理学院

（责任编辑：吴涵玉 审核：李小男）