这篇文章围绕基于莫尔光子晶体纳米腔（MPhC）的腔量子电动力学（CQED）系统展开研究，目的是为了解决传统光学微腔在量子信息处理中面临的品质因数（Q）与模式体积（V）限制问题。研究背景指出，CQED通过探索量子发射体与腔内光的相互作用，在强耦合和弱耦合机制下分别对量子信息传输和非线性量子光学具有重要意义。量子点（QDs）作为固态量子发射体，因其高亮度、高纯度和易于集成等优势成为理想选择，但传统微腔的Q/V值限制了进一步应用。近年来，摩尔光子晶体纳米腔因其独特的平带结构和超高Q/V值成为新范式，但此前尚未实现其与单量子点的实验耦合，主要归因于结构易坍塌和模式场与量子点空间重叠不足的挑战。研究内容方面，团队通过优化单层光子晶体的填充比和调整最外层空气孔间距，设计并制备了嵌入量子点的GaAs摩尔纳米腔结构，实验实现了Q值约2000的基模，并通过数值模拟预测理论Q值可达10^5。通过调节晶格常数（a）从298 nm增至314 nm，有效面积提升35%（从11,500 nm²增至15,500 nm²），显著提高了量子点与腔模的空间耦合概率。实验观测到单量子点与腔模共振时，光致发光强度增强8.4倍，通过寿命测量证实了约3.0的Purcell因子，且二阶相关测量显示单光子纯度提升两倍（g²(0)从0.65降至0.28）。创新点一是首次实验实现了摩尔纳米腔与单量子点的弱耦合，通过结构优化解决了悬浮双层结构易坍塌和模式场分布不匹配的难题，并利用平带特性实现了光的高局域化。此外，创新点二是团队提出的晶格常数和最外层空气孔间距调控方法为后续高性能纳米腔设计提供了新思路。结论部分强调，该工作不仅验证了莫尔光子晶体在CQED中的潜力，还为高效单光子源和低阈值激光器等应用奠定了基础。实验展示的Purcell效应和单光子纯度提升表明，该系统在量子信息处理中具有重要价值。启发方面，其高Q/V特性可进一步探索强耦合机制，而结构优化策略（如有效面积扩大）可推广至其他光子器件设计。
文献来源: Nature communications
https://doi.org/10.1038/s41467-025-59942-5
作者：Sai Yan1,2, HancongLi3,JingnanYang3,XiqingChen3,HanqingLiu 4,DeyanDai4, Rui Zhu1,2, Zhikai Ma3,ShushuShi1,2, LonglongYang Danjie Dai1,2,BowenFu3, Zhanchun Zuo 3,YuYuan1,2,WenshuoDai3, 1,2, Haiqiao Ni4, Zhichuan Niu4, Can Wang 1,2,5 , Kuijuan Jin 1,2,5, Qihuang Gong 3&XiulaiXu 3,6,7
发表日期: 19 May 2025
报告人：俞志翔
