晶体管，这一电子元件已渗透到生活的各个角落，堪称现代科技领域最具影响力的发明之一。随着计算机能力的持续发展，以及对量子信息处理等前沿技术的探索，科研人员正致力于发掘纳米管、分子乃至原子等微小实体的开关与放大潜能。在众多的信号载体中，光子因其卓越的抗退相干的鲁棒性而备受青睐。然而，当在纳米尺度上传统非线性材料失效时，对光子的操纵便遭遇了严峻挑战。目前，单光子源(SPE)对光子信号的操纵仍然难以捉摸，并且仅在高精细微腔或波导中进行了研究。

研究SPE作为信号载体的光子晶体管，实验室武愕教授团队选择了立方碳化硅(3C-SiC)晶体中的SPE进行了超快光开关功能精密测控。

SiC是一种具有优良物理、化学性质的带隙宽半导体材料，具有高硬度、高击穿电场、高热导率和高化学惰性等特点。由于这些特性，它在高温、高辐射、传感器和微电机等极端环境中得到了广泛应用。近年来，SiC中的色心由于在近红外区域的荧光辐射、长自旋相干时间和易于集成等方面的优势而越来越受到关注。

当高功率皮秒级近红外脉冲激光和绿色脉冲激光同时照射在块状3C-SiC晶体的室温SPE上时，可实现可逆的超快荧光抑制，效率最高可达97.9%。我们推测，在近红外脉冲照明下观察到的荧光抑制是由于暗带的存在，这些暗带可以被近红外激光光学激活。该调制具有短至287.9 ± 5.7 ps的超快抑制响应时间。我们的实验在单光子水平上实现了非线性效应，这是非常有意义的，因为它可以为光量子控制提供独特的应用，并为光计算、光通信和计量提供新的范例。同时作为这种光致发光抑制效应的应用，采用与受激发射耗尽(STED)显微镜类似的策略，实验获得了超过衍射极限的空间分辨率为96.4 nm的超分辨率显微镜图像。

该研究成果以华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室为第一单位发表于Photonics Res. 12(5), 941-946 (2024)。武愕教授为论文通讯作者，硕士研究生何梦婷为论文第一作者，硕士研究生何梦婷和曹瑜婧主导了论文的实验和理论研究。该项研究工作得到了国家自然科学基金委、国家重点研发计划项目等的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1364/PRJ.517734

图1. 超快荧光调制实验。(a)实验装置示意图，(b)不同激光激发下荧光光谱图，(c)荧光寿命随延时时间变化图