称为量子光源的可以发射单光子流的系统，是新兴技术，如量子计算、量子互联网、和量子通信等的关键硬件组件。
在许多情况下，按需产生量子光的能力需要对单个原子或分子进行操纵和控制，然而这往往突破了现代制造技术的局限，从而使这些系统的开发成为跨学科的挑战。
在今天的《自然-材料》上发表的一项新研究中，由悉尼科技大学（UTS）领导的一个国际多学科合作的研究，发现了白色石墨烯（六方氮化硼，hBN）中的缺陷背后的化学结构，这是一种具有广阔前景的、作为产生量子光的平台的二维纳米材料。
晶体缺陷，英语：crystal defects 或 crystal imperfections，可以充当单个光子源，但是了解其化学结构以能够以受控方式制造它们至关重要。hBN单光子发射器显示出杰出的光学性能，是固态材料系统中最好的，但是要实际使用它们，需要了解其缺陷的性质，该研究团队终于弄清这个奥秘。如图所示在hBN生长过程中并入了单个光子发射器。
由于不能简单地将强大的技术直接结合到量子光学测量中来可视化单个原子，获得这种结构信息非常具有挑战性。研究人员以不同的角度来解决这一问题，通过控制诸如碳之类的掺杂剂向hBN中的掺入，然后在生长过程中，直接比较每种材料的光学性能。
研究人员首次能够观察到碳掺入hBN晶格与量子发射之间的直接联系。确定材料缺陷的结构是一个极具挑战性的问题，需要来自许多不同学科的专家。为此，研究团队与来自世界各地的有关合作伙伴合作，通过共同努力最终能够为整个研究提供所需的清晰度。
科学家们还确定了他们研究中的另一个有趣特征，即缺陷具有自旋，这个基本的量子力学特性、以及编码和检索存储在单个光子上的量子信息的关键元素。确认这些缺陷会带来自旋，为未来的量子感测应用，特别是原子薄度的材料，开辟了更广阔的可能性。
这项工作将二维量子自旋电子学这一新的研究领域带到了最前沿，为进一步研究量子光奠定了基础。
参考：Identifying carbon as the source of visible single-photon emission from hexagonal boron nitride, Nature Materials. www.nature.com/articles/s41563-020-00850-y
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