单外延长方体纳米异质结构在室温下的单光子超荧光

当一组相同发射体之间的空间间距远小于其所发光波长时，可出现单光子超辐射，其特征是形成超辐射态，以随发射体数量线性增长的速率自发发光。这一集体现象仅在少数纳米材料体系中得到证实，且均需在10K以下温度。在此，我们合理设计了一种单一胶体纳米材料，其容纳多个（近乎）相同的发射体，这些发射体不受通常在分子聚集体等其它体系中抑制室温超辐射的涨落影响。具体而言，通过结合分子动力学、原子级电子结构计算和模型哈密顿量方法，我们表明异质结构纳米长方体的各个面可模拟独立的准二维纳米片，并可作为实现室温超辐射现象所需的稳健发射体。利用逐层胶体生长技术合成纳米长方体，我们通过单粒子时间分辨光致发光测量在室温下演示了单光子超荧光。在单一纳米长方体中对超辐射态与亚辐射态的稳健观测，为超快单光子发射体打开了大门，并提供了通过超辐射级联获得纠缠多光子态的途径。