科学家首次让“暗激子”发光：强度提升30万倍 为量子通信与光子器件带来新可能

11月17日消息，纽约市立大学与得克萨斯大学奥斯汀分校联合研究团队开发出一种新方法，成功使原本不可见量子态“暗激子”发光，并能够在纳米级精度控制其发射方向。

相关成果已于11月12日发表在《自然-光子学》上，为开发更快速、更紧凑且低能耗的量子通信系统与光子器件铺平道路。

暗激子是一种存在于超薄半导体材料中的特殊光物质状态。因其发光极其微弱，通常难以被探测。但因其独特的光相互作用特性、长寿命及抗环境噪声干扰能力（可减少量子退相干），在量子信息科学与下一代光子技术中具有重要价值。

为了揭示这些难以探测的光态，研究人员构建了一个由金纳米管与单层二硒化钨（WSe₂）组成的纳米光学腔结构。该材料厚度仅有三个原子。新结构使暗激子发光增强约30万倍，使研究团队首次实现对其清晰观测与行为控制。

“这项工作证明我们能够操控以往无法触及的光物质状态”，研究首席科学家Andrea Alù教授表示。他现任纽约市立大学研究生中心杰出物理学教授、爱因斯坦讲席教授及高级科学研究中心光子学研究计划创始主任，“通过自由开关这些隐藏态并以纳米精度调控，我们为颠覆性推动下一代光学与量子技术（包括传感与计算领域）创造了激动人心的机遇。”

研究团队还证实，可通过电磁场按需调节暗激子状态，为芯片光子学、传感器和量子通信应用提供精准控制。与以往尝试不同，新方法在创纪录地提升光物质耦合强度同时，完整保留了材料固有属性。

“我们首次观测到一类全新的自旋禁戒暗激子”，论文第一作者权建民（Jiamin Quan）指出，“这只是探索二维材料中更多隐藏量子态的开端。”

该发现同时解决了等离子体结构能否在不改变暗激子本质的前提下实现增强发光的长期争议。研究者通过精心设计含氮化硼纳米夹层的等离子体-激子异质结构攻克难题，成功揭示新型暗激子态。