中国科学技术大学郭光灿院士团队任希锋教授等人与新加坡国立大学仇成伟教授、郭强兵博士等互助，首次利用新型二维质料NbOCl2的非线性过程实现了超薄量子光源，厚度可薄至46纳米。这是目前国际上报道的最薄非线性量子光源。干系研究成果2023年1月4日发表于《天然》。
小型化、集成化是办理空间光学量子系统稳固性差、不可扩展等问题的抱负方案，也是光学量子盘算、量子通信等走向大规模和实用化的必经之路。量子光源作为量子光学系统不可或缺的部分，其小型化一直是人们研究的重点。任希锋前期与南京大学等单位互助，将超构表面引入到量子信息范畴，集成超构透镜阵列与非线性光学晶体，实现了100路径参量下转换，制备了超高维量子纠缠态和多光子源。
二维质料的层内晶体结构稳固，而原子层间的相互作用力要弱很多。基于这种特性，单层二维质料可以在保持原子标准厚度的同时保持物理性质的稳固，使得二维质料可以稳固且灵活地与各种微纳标准光学器件直接耦合，因此被广泛应用在集成光子芯片的各个紧张构成部分之中。常见的二维质料（WS2、WSe2等）固然具有很大的二阶非线性系数，但是单层厚度太薄（<1纳米），从而导致整体产生的非线性信号强度很低。如果增加质料的层数，又会由于多层堆叠造成的空间对称性使得二阶非线性过程削弱乃至消失。
此次研究中，互助者们接纳了一种新型NbOCl2质料，它不仅具有常见单层二维质料所特有的高二阶非线性系数，而且其层间电子耦合弱，空间结构非对称。这种特性使得它的二阶非线性信号强度随二维质料层数的增加而增加，可超过单层二维质料WS2倍频强度两个数目级以上。
互助者们进一步测试了多层NbOCl2二维质料的自发参量下转换过程。实验中接纳404纳米波长的一连激光器泵浦二维质料，网络下转换过程所产生的808纳米附近波长参量光。二阶关联函数g（2）测试结果远远超过2，证明该过程产生了非经典关联的光子对。互助者们也对参量光信号强度随二维质料厚度的变化关系举行了测量，实验结果和理论预期完全符合。
研究人员以为，该研究不仅为光学量子信息研究提供了一种可集成的量子光源，也为二维质料的非线性研究开发了一个新方向。
来源：中国科学报
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