[發明專利]實現表面等離激元光子調制的電學操控結構及方法

無效

• 申請號: 201110430987.7
• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN102522470A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 鐘旭
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/00;B82Y30/00;B82Y40/00;B82Y20/00
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明涉及表面等離激元光子學與量子信息技術的交叉應用領域，更具體地說，本發明涉及一種實現表面等離激元光子調制的電學操控方法。

背景技術

表面等離激元是導體表面源于自由電子集體振蕩的電荷密度波與其電磁模聯合形成的一種傳播激發子。

與傳統的介質光纖一樣，表面等離激元的寬譜連續模式被限制于金屬導線，并且沿導線的軸方向傳播。但是，與傳統的介質光纖不同的是，局域于導線橫截面內的表面等離激元模式的尺度大小與導線直徑相當。這意味著表面等離激元可突破衍射極限的限制，能在100納米以下實現光場的局域和控制。

正是由于表面等離激元的上述這種亞波長局域特性，等離激元光子學也因此成為近年來研究十分活躍的一門新興光學分支。其在生物傳感、波譜檢測、顯微成像、光源制作、亞波長光學和納米光電集成等眾多前沿技術領域中有著迷人的應用前景。

量子信息技術是研究信息處理的一門新興前沿技術，目的在于在提高運算速度、確保信息安全、增大信息容量、以及提高檢測精度等方面突破現有的經典信息系統的極限。量子信息技術量子通信和量子計算機，其中量子計算機研制成功的難度很大，目前尚未有顯著進展，最主要的瓶頸問題是量子計算的集成化和芯片化。

單光子調制器是量子計算系統中的一個重要部件，主要用來控制相干光子的傳輸性質。可集成的單光子調制器需要實現單個發光體與光子之間強相干耦合。對于納米尺度的發光體，如量子點來說，由于其尺度與光波波長相差兩個數量級，導致兩者之間的相互作用距離非常短。但是，現有技術并不能很好地進行片上單光子的調制。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在上述缺陷，提供一種能進行片上單光子的調制的實現表面等離激元光子調制的電學操控結構及方法。

根據本發明的第一方面，提供了一種實現表面等離激元光子調制的電學操控結構，包括：表面等離激元波導、半導體量子點發光體、多個第三金屬電極；其中，所述多個金屬電極布置在表面等離激元波導的同一側；并且，半導體量子點發光體形成在所述多個第三金屬電極中間。

優選地，所述多個金屬電極包括兩個第一金屬電極、兩個第二金屬電極、以及第三金屬電極；其中，兩個第一金屬電極形狀相同，兩個第二金屬電極形狀相同；并且，兩個第一金屬電極對稱布置在第三金屬電極兩側，且兩個第二金屬電極對稱布置在第三金屬電極兩側。

優選地，表面等離激元波導與半導體量子點發光體之間設置有1-100nm厚的介質層。

優選地，表面等離激元波導為金、銀、銅、鋁材質的納米線。

根據本發明的第二方面，提供了一種制造根據本發明第一方面所述的實現表面等離激元光子調制的電學操控結構的方法，包括：制作一個半導體異質結，在所述半導體異質結表面下形成二維電子氣；在所述半導體異質結表面制備金屬納米線，用作表面等離激元波導；在所述金屬納米線附近制作用于控制量子點性質的金屬電極，所述金屬電極通電后在半導體二維電子氣中形成了量子點發光體。

根據本發明的第二方面，提供了一種實現表面等離激元光子調制的電學操控方法，包括：制作一個半導體異質結，在所述半導體異質結表面下形成二維電子氣；在所述半導體異質結表面制備金屬納米線，用作表面等離激元波導；在所述金屬納米線附近制作用于控制量子點性質的金屬電極，所述金屬電極通電后在半導體二維電子氣中形成了量子點發光體；以及調整金屬電極上的電壓以控制量子點性質。

優選地，所述量子點性質包括量子點形狀和內部能級間隔大小。

優選地，所述金屬電極包括兩個第一金屬電極、兩個第二金屬電極、以及第三金屬電極，，兩個第一金屬電極、兩個第二金屬電極以及第三金屬電極布置在表面等離激元波導的同一側；并且，半導體量子點發光體形成在兩個第一金屬電極、兩個第二金屬電極以及第三金屬電極中間。

優選地，兩個第一金屬電極形狀相同，兩個第二金屬電極形狀相同；并且，兩個第一金屬電極對稱布置在第三金屬電極兩側，且兩個第二金屬電極對稱布置在第三金屬電極兩側。

優選地，表面等離激元波導為金、銀、銅、鋁材質的納米線。

根據本發明，利用表面等離激元的亞波長局域特性實現單個半導體發光體與表面等離激元波導中光子的強相干耦合，通過電學手段控制半導體發光體的性質，從而對表面等離激元單光子進行調制。