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.
该项目的目标是研究在半导体量子点中连续且确定性地产生光子的速度,从单光子水平到太赫兹速率。其智力价值是将半导体材料的单光子生成率提高至少 3 个数量级,进入太赫兹范围。 极短的辐射寿命还可以稳定地产生难以区分的光子。 再加上宽禁带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变革性。该项目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,并可能为极高速且仅需要亚阿托焦耳开关能量的光互连开辟新的机会。更广泛的影响是在半导体材料和教育组件中单光子生成的超快动力学背景下材料科学、合成、器件物理学、量子光学和多体物理学的进步。 其结果可能影响深远,影响节能通信网络、芯片上的光学互连和固态照明。该教育计划侧重于外展和多元化计划,旨在吸引 K-12 学生学习物理和工程科学。它还包括固态照明课程开发和本科生多学科项目。

项目成果

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