量子光のノイズを除去する分子コーティング技術を開発(Molecular coating cleans up noisy quantum light)

2025-10-03 ノースウェスタン大学

ノースウェスタン大学の研究チームは、量子通信や量子コンピュータに必要な単一光子源の純度を大幅に高める新手法を開発した。原子層半導体タングステンジセレナイド(WSe₂)を有機分子PTCDAで均一に被覆することで、外気中の酸素や汚染物質による信号の乱れを防ぎ、光子のスペクトル純度を87%向上させた。このコーティングは光子のエネルギーを制御的に低下させつつ、材料の電子構造を損なわない。結果として、安定で再現性の高い単一光子放出が可能となり、量子通信の安全性や量子センサー精度を高める技術基盤を提供する。研究はScience Advances誌に掲載された。

<関連情報>

コンフォーマル有機吸着層によるWSe2量子発光体のスペクトル純度の向上 Enhanced spectral purity of WSe2 quantum emitters via conformal organic adlayers

Riddhi Ananth, M. Iqbal Bakti Utama, David D. Xu, Albert F. Vong, […] , and Mark C. Hersam
Science Advances  Published:3 Oct 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.ady7557

量子光のノイズを除去する分子コーティング技術を開発(Molecular coating cleans up noisy quantum light)

Abstract

Quantum emitters in solid-state materials are typically embedded in the bulk of their hosts, making their electronic transitions inaccessible to surface modification. In contrast, two-dimensional materials, with their all-surface nature, offer a platform for tuning quantum emitters via chemical functionalization. Because of its semiconducting properties that enable electrical addressability, monolayer WSe2 is a promising candidate for quantum emission, although the complex interplay between point defects and the localized strain needed to activate quantum emission leads to poor spectral purity. Here, we demonstrate that functionalizing monolayer WSe2 with conformal adlayers of 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA) improves quantum emission spectral purity. Optical spectroscopy reveals that PTCDA functionalization lowers defect activation energies by 10 meV and induces a 30 nm redshift in quantum emission wavelength, while preserving the bright and dark exciton energies of monolayer WSe2. First-principles calculations corroborate these findings, thus providing molecular-level insight into the underlying mechanism of enhanced spectral purity.

0403電子応用
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