一种制备高单色性单光子发射器的方法

本发明涉及单光子发射器，特别是涉及一种制备高单色性单光子发射器的方法。

背景技术：

1、高纯度、高稳定性和单色性好的单光子发射器是实现光学量子计算和量子通信的重要前提条件。尽管传统半导体单光子发射器已经进行了广泛而深入的研究，但二维材料由于其具有极薄的原子层厚度，基于二维材料的单光子发射器具有更高的光子提取效率，更易于与其他光电平台结合等优点。更加重要的是，可以通过人为调控单光子源的性能来实现高品质、低成本单光子源的制备，这为推动量子信息的发展和应用提供了新的路径。

2、在之前的研究中，人们通过纳米柱诱导应变方式在二维材料中诱导产生单光子源的方法，实现了高纯度的单光子发射器的制备。但在实际加工中由于传统微纳加工工艺的限制，纳米柱顶端表面的光滑度无法达到原子级平整，致使二维材料转移到纳米柱上时会产生多个应变最大点，使其产生的单光子发射波长不唯一，造成单光子发射器的单色性较差；另一方面，将二维材料转移到纳米柱上后，二维材料与纳米柱的贴合紧密性通常较差，造成单光子发射器不稳定，易闪烁和淬灭。因此，二维材料单光子发射器在量子计算领域的应用由于其单色性差和稳定性差的问题受到了极大的限制。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种制备高单色性单光子发射器的方法，以解决现有技术存在的问题，一方面实现了在二维材料鼓包最高点的应力集中，提高了单光子发射器的单色光发射能力；另一方面增强了二维材料与预应变层的紧密贴合，提高了单光子发射器的光子发射稳定性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种制备高单色性单光子发射器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、s1：通过激光直写在基底的预应变层上形成微小鼓包得到预应变结构；

4、s2：将单层二维材料转移到基底上，并覆盖在预应变结构表面；

5、s3：加热基底使预应变结构生长，微小鼓包的体积变大，使其上方的单层二维材料发生应变，产生二维材料鼓包，得到单光子发射器。

6、优选的，还包括s4：对制得的单光子发射器进行光学表征和单光子计数测量，验证单光子发射器发射单光子的性能。

7、优选的，步骤s1中，基底还包括支撑层，预应变层包括自上而下层叠设置在支撑层上的硅膜和聚苯乙烯膜。

8、优选的，支撑层为二氧化硅、氮化硅或者硅中的一种。

9、优选的，聚苯乙烯膜厚度为450nm～550nm，硅膜的厚度为18nm～22nm。

10、优选的，步骤s2中，单层二维材料为wse2、ws2、mote2、石墨烯、h-bn中的一种。

11、优选的，单层二维材料通过机械剥离法获得或者通过化学气相沉积生长获得。

12、优选的，步骤s1中，微小鼓包的高度为20nm～50nm；步骤s3中，二维材料鼓包的高度为100nm～200nm。

13、优选的，利用烘箱或加热板对基底进行加热，加热温度为105℃～110℃，加热时长为3min～20min。

14、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

15、本发明可以通过激光直写技术实现预应变结构的制备，将二维材料转移至预应变结构上后，通过加热使预应变结构生长得到二维材料鼓包来完成单光子发射器的制备，一方面实现了在二维材料鼓包最高点的应力集中，提高了单光子发射器的单色光发射能力；另一方面增强了二维材料与预应变层的紧密贴合，提高了单光子发射器的光子发射稳定性。

技术特征：

1.一种制备高单色性单光子发射器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备高单色性单光子发射器的方法，其特征在于，还包括s4：对制得的单光子发射器进行光学表征和单光子计数测量，验证单光子发射器发射单光子的性能。

3.根据权利要求1所述的制备高单色性单光子发射器的方法，其特征在于，步骤s1中，基底还包括支撑层，预应变层包括自上而下层叠设置在支撑层上的硅膜和聚苯乙烯膜。

4.根据权利要求3所述的制备高单色性单光子发射器的方法，其特征在于，聚苯乙烯膜厚度为450nm～550nm，硅膜的厚度为18nm～22nm。

5.根据权利要求3所述的制备高单色性单光子发射器的方法，其特征在于，支撑层为二氧化硅、氮化硅或者硅中的一种。

6.根据权利要求3所述的制备高单色性单光子发射器的方法，其特征在于，步骤s2中，单层二维材料为wse2、ws2、mote2、石墨烯、h-bn中的一种。

7.根据权利要求6所述的制备高单色性单光子发射器的方法，其特征在于，单层二维材料通过机械剥离法获得或者通过化学气相沉积生长获得。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的制备高单色性单光子发射器的方法，其特征在于，步骤s1中，微小鼓包的高度为20nm～50nm；步骤s3中，二维材料鼓包的高度为100nm～200nm。

9.根据权利要求8所述的制备高单色性单光子发射器的方法，其特征在于，步骤s3中，利用烘箱或加热板对基底进行加热，加热温度为105℃～110℃，加热时长为3min～20min。

技术总结
本发明公开一种制备高单色性单光子发射器的方法，涉及单光子发射器技术领域，包括以下步骤：通过激光直写在基底的预应变层上形成微小鼓包得到预应变结构；将单层二维材料转移到基底上，并覆盖在预应变结构表面；加热基底使预应变结构生长，微小鼓包的体积变大，使其上方的单层二维材料发生应变，产生二维材料鼓包，得到单光子发射器；本发明一方面实现了在二维材料鼓包最高点的应力集中，提高了单光子发射器的单色光发射能力；另一方面增强了二维材料与预应变层的紧密贴合，提高了单光子发射器的光子发射稳定性。

技术研发人员：王聪,陈胜垚,蔡洪冰,张心正,高炜博,刘前
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25