某些半导体结构，即所谓的量子点，可能是构成量子通信的基础？
一个有效的光-物质界面，可能构成量子通信的基础。然而，在生长过程中形成的某些结构会干扰信号。某些半导体结构，即所谓的量子点，可能构成量子通讯的基础，它们是物质和光之间的有效接口，由量子点发射的光子(光粒子)可以远距离传输信息。
然而，在制造量子点的过程中，结构是默认形成的，这会干扰通信。巴塞尔大学、鲁尔-波鸿大学和福尔森斯琴特姆-朱利奇科学家，现在已经成功地消除了这些干扰，其研究成果发表在《通信物理学》上。
如果研究人员锁定一个电子和一个电子空穴，在一个电子应该存在的位置，在一个狭窄的空间内带正电，电子和电子空穴一起形成激发态。当它们重新结合时，激发态消失，产生光子。波鸿大学应用固态物理学主席阿恩·路德维希博士说：这种光子可能可以作为远距离量子通信的信息载体。
量子点是在半导体材料砷化铟中产生的，研究人员在砷化镓衬底上生长这种材料。在这个过程中，一个光滑的砷化铟层在，只有一个半原子层的厚度下形成，这就是所谓的浸润层。随后，研究人员制造了直径为30纳米、高度为几纳米的小岛，这些是量子点。
来自浸润层的干涉光子
在第一步中必须沉积的浸润层会引起问题，因为它也含有被激发的电子空穴，电子空穴会衰变并可能释放光子。在润湿层中，这些状态比量子点更容易衰变。然而，在这个过程中产生的光子不能用于量子通信，相反，它们会在系统中产生静态噪声。
波鸿大学应用固态物理系主任Andreas Wieck解释说：浸润层覆盖了整个表面，而量子点只覆盖了半导体芯片的千分之一，这就是为什么干涉光大约比量子点发出的光强1000倍。浸润层以略高于量子点的频率和强度辐射光子。就好像量子点发出的是腔体音高A，而浸润层发出的是比腔体音高高1000倍的B。
附加层消除干扰
通过只激发所需的能量状态来忽略这些干扰，然而，如果量子点被用作量子应用的信息单位，那么用更多的电子给它们充电可能是理想的。但在这种情况下，浸润层的能量水平也会同样激发。研究小组现在通过在浸润层的量子点之上，增加一层砷化铝层来消除这种干扰。因此，润湿层中的能量状态被移除，这反过来又降低了电子和电子空穴重新组合并发射光子的可能性。
博科园｜研究/来自：鲁尔-波鸿大学
参考期刊《通信物理》
DOI: 10.1038/s42005-019-0194-9
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2分钟了解半导体量子点的性质与应用
半导体量子点（quantum dots, QDs）是由数百到数千个原子组成的粒径介于1-100 nm的无机纳米粒子。其中IIB-VIA族半导体量子点由于制备简单、光学性质优异而得到广泛的关注，常见的IIB-VIA族半导体量子点主要有CdSe、ZnSe、CdTe、CdS、ZnS等。目前半导体量子点的研究已经成为物理、化学、材料学和生物学等多种学科的交叉点，开辟了半导体材料研究的新领域。
半导体量子点的特性
1.生物相容性好
经过各种化学修饰之后，量子点可以与生物分子特异性连接；尺寸小，可通过吞噬作用进入细胞；毒性低，对生物体危害小，可进行生物活体标记和检测。
2.荧光寿命长
可达数十纳秒（20ns-50 ns），而多数生物样本的自发荧光衰减的时间为几纳秒（ns）。这使多数自发荧光背景衰减时，量子点荧光仍然存在，可得无背景干扰的荧光信号。
3.激发波长范围宽
可以使用小于发射波长的任意波长的激发光激发，因此可用同种激发光同时激发不同尺寸的量子点，发射出不同波长（颜色）的荧光，可用于多组分同时检测。
4.荧光强度强
半导体量子点比常用的有机荧光染料要强很多，还具有较强的量子点抗光漂白能力（光漂白是指由光激发引起发光物质分解而使荧光强度降低的现象），因此可以对所标记的物质进行长时间的观察，并可毫无困难的进行相关界面的修饰和连接。
半导体量子点的应用
一、生物学应用
半导体量子点越来越多的作为生物荧光探针用于细胞接受体和体内成像对比，在这些应用中，与传统的有机染料相比较，量子点的高光学稳定性允许长时间的生物过程的跟踪。利用不同颜色发光的量子点可被同一波长的光激发这一性质，还可实现细胞的多色成像。除了成像应用之外，半导体量子点在药物输送、临床诊断、光动力疗法、DNA杂交和RNA分析等领域中也得到了应用。
二、分析化学应用
量子点的发光与量子点表面的状态的关系非常密切，特定物质与量子点表面发生化学或物理交互左右会影响电子-空穴的结合效率，从而使得量子点可以作为荧光探针应用在光学传感器上。已有的报道表明，半导体量子点可实现对无机金属离子（如Cu2+、Ag+、Fe3+、Zn2+等）实现灵敏的选择性检测，也可以用于气体分子的传感。
三、器件应用
由于半导体量子点具有较强的量子效应，使得其在单电子器件、存储器以及各类光电器件等方面具有极广阔的应用前景。相比于制冷型光电探测器，基于量子点的光电探测器可以在室温下工作。此外，以量子点结构为有源区的量子点激光器理论上具有更低的阈值电流密度、更高的光增益、更高的特征温度和更宽的调制带宽等优点，将使半导体激光器的性能有一个大的飞跃，对未来半导体激光器市场的发展方向影响巨大。
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