Ultrafast Single-Photon Emitters Using Plasmonic Cavities

使用等离子体腔的超快单光子发射器

基本信息

项目摘要

The objective of this program is to investigate how fast photons can be generated successively and deterministically, down to the single-photon level and up at a terahertz rate, in semiconductor quantum dots. The intellectual merit is to advance the single-photon generation rate from semiconductor materials up by at least 3 orders of magnitude into the terahertz regime. The extremely short radiative lifetime can also allow indistinguishable photons to be robustly generated. Together with the choice of wide-bandgap semiconductor quantum dot materials, it is expected to realize the above goals at a liquid nitrogen temperature and above, which is transformative in the field of semiconductor optics. Successful conclusion of this project will provide critical resources for quantum cryptography and quantum information processing applications, and may open up a new opportunity for optical interconnect at an extremely high speed and requiring only a sub-atto joule of switching energy. The broader impacts are the advancements of materials science, synthesis, device physics, quantum optics, and many-body physics in the context of ultrafast dynamics of single-photon generation in semiconductor materials and the education components. The results can be far reaching and impact energy-efficient communication network, optical interconnect on the chip, and solid-state lighting. The education plan focuses on outreach and diversity programs aiming to engage K-12 students for physical and engineering science. It also includes curriculum developments on solid-state lighting and multidisciplinary projects for undergraduate students.
这个项目的目的是研究在半导体量子点中,光子能以多快的速度连续和确定地产生,低至单光子水平,高至太赫兹速率。智力上的优点是将半导体材料的单光子产生率提高了至少3个数量级,达到太赫兹的水平。极短的辐射寿命也能产生难以区分的光子。加上宽带隙半导体量子点材料的选择,有望在液氮及以上温度下实现上述目标,这在半导体光学领域具有革命性意义。本课题的成功完成将为量子密码学和量子信息处理应用提供关键资源,并可能为仅需要1亚焦耳开关能量的超高速光互连开辟新的机会。更广泛的影响是材料科学、合成、器件物理、量子光学和多体物理在半导体材料和教育组件中单光子产生的超快动力学背景下的进步。其结果将对节能通信网络、芯片上的光互连和固态照明产生深远影响。该教育计划的重点是推广和多元化项目,旨在吸引K-12学生学习物理和工程科学。它还包括针对本科生的固态照明和多学科项目的课程开发。

项目成果

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