美国海研究实验室(NRL)多学科团队开发了一种控制量子的新范式，为在单光子光流上调制和编码量子光子信息提供了一种新方法。

量子光子学有望提供传统光无法实现的功能，并有望在安全通信、计量、传感和量子信息处理和计算方面取得重大进展。

这些应用对量子(QE) 候选者提出了许多要求，包括的确定性创建和放置、90-100% 的高单光子纯度，以及控制或调节这种发射的机制。

调制这些离散发出的光的特性的能力提供了一种在单个光子流上编码信息的机制，可用于基于单光子源的安全通信和量子加密方案。这项研究最近发表在A Nano上。

量子光子学是一门利用量子光学进行某些应用的科学和技术，在这些应用中，量子效应起着至关重要的作用。它涉及在可以相干地控制光场中单个量子的范围内生成、纵和检测光。QE(也称为单光子)是这项技术的关键组件。

NRL 高级科学家兼首席研究员 Berend Jonker 博士表示：“二维材料(例如单层二硫化钨和二硒化钨)可作为量子Es的载体，其平面原子层结构作为量子光子电路的材料平台具有诸多优势。它们可以很容易地与其他材料和基底集成，量子Es与表面的接近性有利于光的提取以及通过外部效应控制发射。”

NRL 团队开发了一种非挥发性可逆程序，通过将单层二硫化钨 (WS 2 ) 与铁电材料相结合来控制单光子发射纯度。他们在 WS 2中创建了一个，并能够通过用偏置电压切换铁电极化来在高纯度量子光和半经典光之间切换发射。铁电薄膜中“上域”上方的单层 WS 2中的局部发射高纯度量子光，而“下域”上方的则发射半经典光。

Jonker 表示：“这种新型异质结构将铁电体的非挥发性铁性与嵌入二维 WS2半导体单层中的零维原子尺度的辐射特性相结合，为量子的控制提供了一种新范式。”

所研究的样品由通过化学气相沉积生长的 WS 2单层膜组成，并通过机械方式转移到 260 纳米有机铁电聚合物膜上，而该膜之前已转移到高掺杂硅基板上。科学家使用NRL 开发并获得专利的原子力显微镜(AFM) 纳米压痕技术，在 WS 2内确定性地创建和放置量子。

“实现 WS 2与铁电薄膜之间的紧密接触至关重要，并且需要超光滑的铁电薄膜表面，”与 Jonker 一起工作的美国工程教育协会 (ASEE) 博士后研究员 Sungioon Lee 博士说。“因此，薄膜采用了旋涂和翻转工艺。”

NRL 材料科学与技术部博士研究物理学家 Ben Chuang 表示：“有机铁电聚合物是一种可变形聚合物。当 AFM 尖端移开时，WS2会贴合纳米凹痕的轮廓，局部应变场会激活WS2中原子级缺陷态的单光子发射。”

对于顶部电接触，随后将石墨转移并部分覆盖 WS2 ，并使用导电压电力显微镜尖端施加偏置电压来切换 WS2 下方的铁电聚合物的极化。

NRL 研究团队由博士后研究员 Sungjoon Lee 博士、研究物理学家 Hsun-jen Chuang 博士、研究物理学家 Kathy McCreary 博士、材料工程师 Dante O'Hara 博士、高级科学家 Berend Jonker 博士、所有来自 NRL 材料科学与技术部的人员以及 NRL 电子科学与技术部研究物理学家 Andrew Yeats 博士组成。