研究人员发现了细微的光学特征，可用于区分一种有前景的量子材料中的原子缺陷。

尺寸小到无法直接观测的原子缺陷，可能在激光中留下可识别的特征，为科学家提供识别可用于量子技术的结构的新方法。布法罗大学的研究人员预测了不同原子缺陷如何改变六方氮化硼（h-BN）的光学行为。该材料由硼原子和氮原子按蜂窝状排列构成。

研究团队使用计算机模拟考察了10类缺陷，包括缺失硼原子或氮原子的缺陷，以及碳原子占据这些位置的缺陷。预测显示，部分缺陷会显著增强频率为入射激光两倍甚至三倍的光输出。这些信号的强度取决于光的偏振，即电场方向。

光如何揭示隐藏的原子结构

即使缺陷包含相同的原子，只要原子排列不同，也可能产生不同的光学响应。研究人员比较了四个碳原子的两种构型，预测其中一种会在两个偏振方向上产生强信号，另一种仅在一个偏振方向上产生强响应。

共同通讯作者、纽约州立大学杰出教授、布法罗大学化学系 Samuel P. Capen 讲席教授、布法罗大学激光、光子学与生物光子学研究所（ILPB）执行主任 Paras N. Prasad 表示，这些独特的光响应最终有望在实验上不仅识别缺陷涉及哪些原子，还能精确确定其排列方式。

相关结果于10月19日发表在美国化学会《Nano Letters》上，可为实验识别原子缺陷提供参考。通过将测得的光响应与预测的光学指纹进行比较，研究人员最终可能确定样品中存在哪些缺陷。

面向量子技术的缺陷识别

h-BN 中的部分原子缺陷可发射单光子，即一次释放一个光粒子。这些光子可在未来通信系统中传输量子信息，并支撑先进传感技术。然而，不同缺陷具有不同性质，准确识别缺陷对于寻找有用的量子光源至关重要。

共同通讯作者、布法罗大学工程与应用科学学院电气与计算机工程系教授 Vasili Perebeinos 博士表示，并非所有原子缺陷都相同。降低缺陷识别难度，使人们距离确定哪些缺陷具备所需性质又近了一步。

这些模拟可帮助指导确定哪些缺陷产生量子光，以及如何在材料中的特定位置创建这些缺陷。研究人员最终希望构建精确排布的有序缺陷阵列，而不是依赖孤立的光子发射体。

Perebeinos 表示，最终目标是构建一种材料，可精确控制产生量子光的缺陷位置。研究不希望依赖单个量子光源，而是要创建完整的量子光源阵列，用于未来量子技术。这是研究这类材料中缺陷的主要动机。

参考文献：Olga Savkina、Davoud Adinehloo、Ivan Zhigulin、Pranati R. Kuntla、Viktor Labuntsov、Cecilia L. A. V. Campos、Alexander Baev、Andrey Kuzmin、Huamin Li、Igor Aharonovich、Paras N. Prasad、Vasili Perebeinos，Nonlinear Optical Fingerprints of Defects in Hexagonal Boron Nitride，Nano Letters，2026年10月19日，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6c03684。