单光子发射器是适用于光量子技术的关键建筑材料。其中，六方氮化硼是一种很有前途的二维材料，可以保留明亮的室温单光子发射器。然而，光不稳定性是促进这些特性在实践中应用的现有挑战。
在《Communications Materials》上发表的一项新研究中，Sylvia Xin Li和麻省理工学院化学工程系、德克萨斯大学、RIKEN先进光子学中心和牛津大学的一组科学家揭示了光漂白六方氮化硼空位发射器的可能性，以促进适合量子应用的光稳定性。
设计量子发射器
量子力学可以用于现实世界的应用，作为探索光子量子态以进行信息处理和传输的最有趣和增长最快的技术之一。研究人员研究了三维晶体中的各种固态单光子源;然而，从这些光源发出的光可以被周围笨重的介电环境所包含，从而导致发射效率降低。
科学家可以通过介电材料克服二维宿主(如过渡金属硫族化合物和六方氮化硼(hBN))中颜色中心的挑战，这些介电材料在单个原子层水平上显着减少厚度，以与片上光子学集成。虽然过渡金属硫族化合物中的单光子发射仅在室温下观察到，但材料本身可以容纳明亮的室温单光子发射器，以提供具有独特光物理特性的六方氮化硼等材料在低温下发挥作用。
原子级成像
在这项工作中，Li及其同事定量研究了各种六方氮化硼样品的光漂白寿命，并揭示它们通过与氧气的光化学反应占主导地位。该团队表明，通过在材料上堆叠额外的单层化合物的简单策略，漂白可以显着减少。
科学家们用环形暗场扫描透射电子显微镜表征了光漂白单层，以实现hBN晶格的高质量原子尺度成像。他们结合了X射线光电子能谱和环形暗场扫描透射电子显微镜，实现了六方氮化硼晶格的高质量原子尺度成像。
各种六边形氮化硼(hBN)样品中发射器的光稳定性
研究小组比较了三种市售的hBN薄膜，包括铜箔上生长的单层化学气相沉积生长的六角氮化硼，铜箔上生长的多层化学气相沉积hBN和悬浮在乙醇/水混合物中的多层液体剥落hBN纳米片。该团队无需任何后处理即可将这些样品转移到二氧化硅基底中，并使用定制的共聚焦光谱显微镜通过时间依赖性光致发光测量对其进行检查。
Li及其同事专注于在所有hBN样品中观察到的发射器物种，并注意到单层和多层化学气相沉积样品中存在三种不同的发射行为。未经热退火处理制备的多层液体剥离六方氮化硼表现出两种不同的目标发射模式，并具有广泛的特征。
单层化学气相沉积六方氮化硼(hBN)中的漂白机理
科学家们使用定制的环境室研究了单层hBN发射器在各种气氛下的漂白机制。他们通过将化学气相沉积生长的六方氮化硼的单层样品放置在带有石英观察窗的小型密封室中来实现这一点，并在气室中填充各种气体，包括氮气，氧气和水蒸气。由于许多有机荧光团被氧气或水降解，因此该团队在环境室中填充氮气以尽量减少水合作用。
虽然当团队在富氧气氛中进行漂白实验时，氮气氛并没有完全减轻漂白，但他们注意到它在光漂白过程中的影响。科学家们通过扫描透射电子显微镜(ADF-STEM)中的环形暗场进一步研究了材料的漂白机制。