科学家利用DNA折纸技术，以纳米级精度和高产率在芯片上定位量子发射器。

研究人员展示了一种利用DNA折纸技术在芯片上精确定位量子光源的新方法，为通往可扩展的量子器件提供了一条潜在路径。该方法解决了在构建用于量子通信和计算的可靠单光子发射器方面长期存在的挑战。

由南京大学、斯科尔科沃科技学院和慕尼黑大学组成的国际团队，通过将DNA纳米技术与原子级薄层半导体相结合，设计出了混合结构。

他们的方法能够以纳米级精度可控地定位发射器。研究人员使用嵌入硫醇分子的DNA折纸三角形作为可编程模板。随后，他们将单层二硫化钼转移到这些图案化表面上，形成了固态单光子发射器阵列。这些发射器表现出稳定的光学性能，包括纳秒级寿命和最小的信号波动。

通过调整DNA图案的间距，该团队能够控制形成的量子发射器的数量及其出现位置。这种确定性的定位水平是超越传统制造方法的一大进步，后者通常依赖于随机缺陷形成，控制能力有限。

纳米级精度

该系统的核心在于硫醇分子与二硫化钼中硫空位之间的相互作用。当硫醇与材料结合时，会产生一个局域位点，能够捕获激子，从而实现明亮的单光子发射。这种机制支持高发射器密度和效率。

该团队报告称，发射器定位的产率约为90%，平均定位精度约为13纳米。这些发射器还表现出强大的光谱稳定性，解决了早期设计中因闪烁和光漂白而降低性能的关键限制。

研究人员表示："我们通过硫醇分子的功能化来调控单层二硫化钼的光学性质，并利用DNA折纸定位技术将其精确地置于芯片表面。"他们补充说，该系统形成了激子的捕获位点，并实现了远低于确认量子光源所需阈值的单光子发射。

迈向可扩展芯片之路

除性能外，可扩展性仍然至关重要。目前的工作展示了概念验证，但这种制造策略与更大规模的制造工艺兼容。研究人员表示，他们的方法可以扩展到晶圆级生产，为集成量子光子电路开辟了道路。

该团队指出："我们实现了量子发射器约90%的定位产率，平均定位精度约为13纳米，"并补充说，这种方法能够精确工程化二维材料的电子特性。该平台还允许通过调整DNA模板中使用的分子数量和类型进行进一步调控。这可以提高光子纯度，并实现更高级的功能，包括手性量子光和混合无机-有机器件。

随着量子技术向实际应用部署迈进，在芯片上可靠定位单光子发射器的能力将至关重要。这种DNA引导的方法为构建紧凑、高性能的量子系统提供了一条切实可行的途径。

该研究发表于《Light: Science & Applications》期刊。

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！