研究人员用分层材料创建二维量子光源

中国科学技术大学(USTC)任西峰教授领导的团队在基于二维层状材料的自发参量下转换(SPDC)量子光源方面取得了最新进展科学院，与新加坡国立大学(NUS)的邱成伟教授和郭强兵博士合作。该研究发表在《自然》杂志上。

小型化和集成是光量子系统广泛采用的策略，以增强其可扩展性和稳定性，从而为光量子计算和量子通信提供可扩展和实用的解决方案。

在这项研究中，研究人员报告了一种范德瓦尔斯晶体(NbOCl2)，其具有块状单层激子行为，表明存在经过验证的弱层间电子耦合。理论计算表明，这种弱的层间耦合源于晶体中强离子Nb-Cl键。

二次谐波产生(SHG)是最低阶非线性光学过程，其中二阶非线性光学磁化率负责在二次谐波频率下产生光。尽管具有高二阶非线性磁化率，但传统二维材料(例如WS2)随着层数的增加显示出递减的SHG响应，而NbOCl2中可扩展的SHG强度比单层材料高三个数量级WS2。

值得注意的是，这种新报道的晶体片薄至46纳米。晶体NbOCl2的强二阶非线性使SPDC过程成为可能，这是一个二阶非线性过程，其中来自强泵浦激光器的光子转换为光子对，这意味着检测到光子对中的一个光子预示着存在另一个。

这一发现使晶体NbOCl2成为有史以来最薄和第一个二维SPDC源。

该研究成果不仅为光量子信息技术提供了可集成的量子光源，也为二维材料的光学非线性研究开辟了新的方向。