量子光源通常極不穩(wěn)定，其發(fā)光可能如夜空繁星般閃爍，亦可能如電量耗盡的電筒般逐漸熄滅。然而，俄克拉荷馬大學(xué)最新發(fā)表于《自然·通訊》的研究表明，為膠體量子點(diǎn)添加分子覆蓋層可使其實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)光，為開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)型量子技術(shù)開(kāi)辟新路徑。

量子點(diǎn)（QD）的尺寸極其微小——若將單個(gè)量子點(diǎn)放大至棒球大小，則同等比例下棒球?qū)⒋笕缭虑颉＿@類(lèi)納米材料已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)顯示器、LED、太陽(yáng)能電池及生物醫(yī)學(xué)工程設(shè)備，同時(shí)也是量子計(jì)算與通信的關(guān)鍵組件。

該研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、俄克拉荷馬大學(xué)助理教授Yitong Dong發(fā)現(xiàn)，在鈣鈦礦量子點(diǎn)表面覆蓋結(jié)晶分子層，可有效中和表面缺陷并穩(wěn)定晶格結(jié)構(gòu)，從而抑制其"暗態(tài)化"與"閃爍"現(xiàn)象。"量子計(jì)算需精確控制光子發(fā)射時(shí)序，但量子點(diǎn)穩(wěn)定性差是公認(rèn)難題。我們開(kāi)發(fā)的晶體包覆層能穩(wěn)定其量子發(fā)射，且該材料成本低廉、易于擴(kuò)展，在室溫下仍能保持高效。"董一彤解釋道。

圖片:搜狗截圖20250225084739.png

傳統(tǒng)量子點(diǎn)存在兩大瓶頸：其一，表面極易產(chǎn)生缺陷，導(dǎo)致器件工作10-20分鐘后即失效。通過(guò)新型包覆技術(shù)，量子點(diǎn)的連續(xù)光子發(fā)射時(shí)間可延長(zhǎng)至超過(guò)12小時(shí)且無(wú)衰減。其二，現(xiàn)有單光子發(fā)射器需在-452華氏度的液氦環(huán)境中運(yùn)行，極大限制了實(shí)際應(yīng)用。而鈣鈦礦量子點(diǎn)在室溫下即可實(shí)現(xiàn)近100%的發(fā)光效率，顯著降低了使用成本與操作難度。

Yitong Dong表示："盡管鈣鈦礦材料的光學(xué)特性備受關(guān)注，但制造單光子發(fā)射器的復(fù)雜工藝使其成本居高不下。我們的突破使量子點(diǎn)光源既能室溫運(yùn)行又可低成本合成，有望成為未來(lái)量子芯片的光源核心。"

研究團(tuán)隊(duì)指出，此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)不僅為量子發(fā)射器設(shè)計(jì)提供了新范式，更揭示了有機(jī)-無(wú)機(jī)分子晶體穩(wěn)定量子點(diǎn)的深層機(jī)制。Yitong Dong評(píng)價(jià)道："我們?yōu)樘剿髁孔硬牧系墓鈱W(xué)本質(zhì)與物理特性打開(kāi)了新窗口，這對(duì)整個(gè)量子領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)意義。"該技術(shù)突破使量子計(jì)算與通信向?qū)嵱没�邁出關(guān)鍵一步，標(biāo)志著低成本室溫量子光源時(shí)代的來(lái)臨。

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