中国半导体十大研究进展候选推荐（2021-002）———高亮度轨道角动量单光子固态量子光源
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工作简介
将半导体单量子点嵌入角向光栅微环谐振腔中，可使量子点与具有轨道角动量的微腔模式实现高效耦合，增强量子点的发光效率，进一步利用角向光栅实现对单光子进行向上散射。实验制备的关键在于是否能把量子点精确定位在微腔的最佳位置，通过利用已发展的定位精度达10 nm的荧光成像精确定位技术和微纳加工制备技术，实现了量子点在角向光栅微环谐振腔中的精确定位，在国际上制备出光源亮度达0.23(4)的高亮度触发式轨道角动量单光子发射器件，如图所示。制备的光源亮度（每个脉冲的单光子产率）是以前方案在同样纯度下的7.9倍【与Nat. Nanotech.12,1026 (2017)图1b比较】，是目前所报道的最亮轨道角动量单光子源。
图. (a) 嵌入量子点的微环谐振腔产生携带OAM量子叠加态的单光子源示意图. (b) 样品SEM图. (c) 量子点和腔模耦合谱线. (d-e) 仿真和实验测量携带轨道角动量量子叠加态单光子的近场和远场分布.
该研究工作是首次在半导体芯片上实现携带轨道角动量的单光子发射，为推进半导体片上量子光源性能的按需调控和高维量子信息处理迈出了非常重要的一步。此外，该器件与半导体加工工艺兼容，具有器件尺寸小，可集成、可扩展的优势，打破了大容量高维量子信息处理芯片缺乏高效可集成光源的困境，有望应用于芯片上的高维量子通信、量子计算、量子存储等领域，对于发展具有更高信息容量和更高安全性的量子信息技术具有重要意义。
相关研究以“Bright solid-state sources for single photons with orbital angular momentum”为题于2021年01月11日发表在《Nature Nanotechnology》上（链接：https://www.nature.com/articles/s41565-020-00827-7）[Bo Chen, et al., Nature Nanotechnology, 16, 302–307(2021)]。
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作者简介
通讯作者
刘进，中山大学教授，博导。
2012年于丹麦科技大学光子工程系获博士学位，现任中山大学教授，博士生导师。国家“高层次青年人才”（2016）、教育部“国家重大人才工程（CJ）”特聘教授（2020）。国家重点研发计划课题、基金委重点项目主持人。
长期从事微纳光学和量子光学的实验研究工作，在固态量子光源与微纳激光器以及高性能半导体微腔等领域进行科研攻关。迄今已发表论文40余篇。其中，第一作者和通讯作者论文30篇(3 Nature Nano，2 PRL )；部分成果入选"2008年度中国光学重要进展"、"2019年中国高校十大科技进展"和"2019年度中国光学十大进展"。任Science Bulletin， Applied Physics Letters和Optical Material Express等期刊的编委和客座编辑，担任CELO（2018-2020）CLEP-PR的TPC Member和ACP2020专题主席。
通讯作者
王雪华，中山大学二级教授，博士生导师，副校长。
1995年于上海交通大学应用物理系获博士学位，现任中山大学二级教授，博士生导师，副校长。教育部“长江学者奖励计划”特聘教授（2006）、国家杰出青年科学基金（2007）、国家有突出贡献政府特殊津贴（2011）获得者，以及国家973计划（含重大科学研究计划）项目首席科学家（2010）和国家重点研发计划项目主持人（2016）。
长期从事纳米光子学的理论和实验研究，在探索克服制约微纳光子高效的重大障碍（如散射、泄漏和吸收）、实现高性能微纳光电子器件及其集成芯片的原理和技术方面，做出了重要的学术贡献：
1、发展出微纳量子光辐射的普适局域耦合理论模型，被国际同行誉为“解决了光子晶体中关于辐射动力学的争议”，并通过光子的超高局域实现了单激子水平的室温量子强耦合。
2、提出能有效抑制光子随机散射和泄漏的微纳结构，突破了量子光源难以高效和按需调控的瓶颈：先后实现了具有“重要里程碑”意义的“三高”量子纠缠光子源，自旋态按需可控的单光子源和触发式高亮度轨道角动量单光子源。
3、提出微纳光子相位相干调控的有效方案，显著提高了光子传播、显示和信息存储效率：将硅基超构表面的高效工作波段拓展到可见光区，实现了反射率高达80%的全彩表面等离激元平面图像显示和多幅图像信息的单芯片高度集成。
已发表包括上述研究成果在内的学术论文115篇，其中包括Nat. Nanotech. 2篇、PRL 7篇、 Nat. Commun. 2篇、 Sci. Adv. 1篇、 Light: Sci.& Appl. 2篇、 Adv. Opt. Mater. 3篇。
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原文传递
详情请点击论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-020-00827-7
《半导体学报》简介：
《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。2020年，JOS被EI收录。
“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：
《半导体学报》在创刊四十年之际，启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：jos@semi.ac.cn，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。
JOSarXiv预发布平台简介：
半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。
JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！
文章来源“半导体学报”公众号
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联系人：李盼 18005575053（微信同号）
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