研究人員展示了一種新方法，利用 DNA 摺紙技術在晶片上精確放置量子光源，為可擴展的量子設備提供了潛在的途徑。這一方法解決了構建可靠單光子發射器在量子通信和計算中的長期挑戰。來自南京大學、斯科爾科沃科技學院及慕尼黑大學的國際團隊，通過將 DNA 納米技術與原子級薄半導體相結合，設計出混合結構。他們的方法允許以納米級精度控制發射器的放置。
研究人員使用嵌入硫醇分子的 DNA 摺紙三角形作為可編程模板，然後將 MoS2 單層轉移到這些圖案化表面上，形成固態單光子發射器的陣列。這些發射器顯示出穩定的光學性能，包括納秒級的壽命和最小的信號波動。通過調整 DNA 圖案的間距，團隊能夠控制形成的量子發射器的數量及其出現的位置。這種確定性放置的水平遠超傳統製造方法，後者往往依賴隨機缺陷的形成，提供有限的控制。
系統的核心在於硫醇分子與 MoS2 中硫空位的相互作用。當硫醇與材料結合時，會形成一個可以捕捉激子的位置，從而實現明亮的單光子發射。這一機制支持高密度和高效率的發射器。團隊報告稱，發射器的放置產率約為 90%，平均定位精度約為 13 納米。這些發射器還顯示出強烈的光譜穩定性，解決了早期設計中閃爍和光漂白所帶來的性能限制。
研究人員表示，「我們通過用硫醇分子功能化單層 MoS2，精確定位於晶片表面，來調整其光學性能。」他們補充道，該系統形成了激子的捕捉位點，並實現了單光子發射，其值遠低於確認量子光源所需的閾值。
除了性能，擴展性仍然至關重要。目前的研究展示了概念驗證，但這一製造策略與更大規模的生產相兼容。研究人員表示，他們的方法可以擴展到晶圓級生產，為集成量子光子電路鋪平道路。團隊指出，「我們在量子發射器的放置中達到了約 90% 的產率，平均定位精度約為 13 納米。」他們補充說，這一方法使得在二維材料中精確工程電子性能成為可能。
該平台還允許通過調整 DNA 模板中使用的分子數量和類型進一步調整，這可能提高光子的純度，並啟用更高級的功能，包括手性量子光和混合無機有機設備。隨著量子技術向現實部署邁進，可靠地在晶片上定位單光子發射器的能力將變得至關重要。這種由 DNA 引導的方法為構建緊湊型高性能量子系統提供了實用途徑。該研究已發表在《Light: Science Applications》期刊上。
