記者8日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)任希鋒教授等人與新加坡國立大學(xué)仇成偉教授、郭強(qiáng)兵博士等合作，首次利用新型二維材料NbOCl2的非線性過程實(shí)現(xiàn)了超薄的量子光源，厚度可低至46納米。這是目前國際報(bào)道的最薄非線性量子光源。研究成果日前發(fā)表于《自然》雜志。

量子光源作為量子光學(xué)系統(tǒng)必不可缺的部分，其小型化一直是人們研究的重點(diǎn)。二維材料的層內(nèi)晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而原子層間的相互作用力要弱很多。基于這種特性，單層二維材料可以在保持原子尺度厚度的同時(shí)也保持物理性質(zhì)的穩(wěn)定，使得二維材料可以穩(wěn)定且靈活地與各種微納尺度光學(xué)器件直接耦合，因此被廣泛應(yīng)用在集成光子芯片的各個(gè)重要組成部分之中。常見的二維材料雖然具有很大的二階非線性系數(shù)，但是單層厚度太薄，從而導(dǎo)致整體產(chǎn)生的非線性信號強(qiáng)度很低。如果增加材料的層數(shù)，又會(huì)由于多層堆疊造成的空間對稱性使得二階非線性過程減弱甚至消失。

基于此，研究人員采用了一種新型材料，它不僅具有常見單層二維材料所特有的高二階非線性系數(shù)，更重要的是它的層間電子耦合弱并且空間結(jié)構(gòu)非對稱。這種特性使得它的二階非線性信號強(qiáng)度會(huì)隨著二維材料層數(shù)的增加而增加，可超過單層二維材料倍頻強(qiáng)度兩個(gè)數(shù)量級以上。

科研人員進(jìn)一步測試了多層二維材料的自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程。實(shí)驗(yàn)中采用404納米波長的連續(xù)激光器泵浦二維材料，收集下轉(zhuǎn)換過程所產(chǎn)生的808納米附近波長參量光。測試結(jié)果證明該過程產(chǎn)生了非經(jīng)典關(guān)聯(lián)的光子對。對參量光信號強(qiáng)度隨二維材料厚度的變化關(guān)系進(jìn)行了測量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論預(yù)期完全吻合。

該研究成果不僅為光學(xué)量子信息研究提供了一種可集成的量子光源，也為二維材料的非線性研究開辟了一個(gè)新的方向。