據報道，科學家已經研發出能夠在室溫和通信波長下實現單光子發射的碳納米管量子發光體。這些發射器可用于處理光學量子信息和信息安全，以及感測、計量和成像等。

該項目成功的關鍵點是能夠迫使納米管沿著管的單個點發出光，尤其是在缺陷部位。關鍵是將缺陷能級限制在每個管一個缺陷能級，以便每次只能發射一個光子。為了達到如此高的控制度，研究人員利用重氮基化學法將有機分子與納米管的表面結合，作為缺陷部位。重氮反應能夠控制引入苯類缺陷，降低對周圍環境中自然波動的敏感性。重氮基化學法還允許研究人員獲得納米管發射波長的固有可調性。

來自美國新墨西哥州洛薩拉摩斯國家實驗室的研究人員認為，已經生成了通過使用化學功能化的碳納米管，在室溫和通信波長下能夠實現單光子發射的首個材料。這些量子光發射器對于基于光學的量子信息處理和信息安全、超靈敏感測、計量學和成像需求以及量子光學研究的光子源十分重要。

圖片來源：美國新墨西哥州洛薩拉摩斯國家實驗室

在此次實驗中，在單壁碳納米管中共價引入缺陷位點的激子局域化提供了一種具有超高單光子純度（99%）的室溫單光子發射和增強的接近拋物線噪聲極限的發射穩定性的途徑。

研究人員進一步表明，存在于其結構多樣性中的單壁碳納米管的固有光學可調性促進了跨越整個通信頻段的室溫單光子發射的產生。在研究中使用的最大納米管直徑（0.936nm），實現了深入通信C頻帶（1.55μm）中心的單光子發射。

大多數通過其他量子發射方法產生的波長對于通信應用來說太短了。通過選擇適當直徑的納米管，該研究團隊能夠將單個光子發射調諧到適當的通信波長區域。

美國新墨西哥州洛薩拉摩斯國家實驗室項目負責人Stephen Doorn表示：“理想情況下，單個光子發射器能提供室溫運行和通信波長的發射，但這仍然是一個難以實現的目標。到目前為止，可以在這些波長中作為單光子發射體的材料必須被冷卻到液氦溫度，因此它們不太適用于最大限度運用或其他科研目的。

功能化碳納米管具有進一步發展的前景，包括官能化化學的進步；整合到光子、等離子體激元和超材料結構中，以進一步控制量子發射特性；實現安裝到不同應用的電動器件和光學電路中。

該研究已經發表在了《自然光子學》雜志中。（文/Oscar譯）