Nye lyskilder lavet af 2-D materialer

Fysikere fra University of Würzburg har designet en lyskilde, der udsender fotonpar, som er særligt velegnede til trykfast datakryptering. Eksperimentets nøgleingredienser:en halvlederkrystal og noget klæbende tape.

Såkaldte monolag er kernen i forskningsaktiviteterne. Disse såkaldte "supermaterialer" har været omgivet af hype i løbet af det sidste årti. Det er fordi de viser et stort løfte om at revolutionere mange fysikområder.

I fysikken, udtrykket "monolag" refererer til faste materialer med minimal tykkelse. Lejlighedsvis, det er kun et enkelt lag af atomer tykt; i krystaller, monolag kan være tre eller flere lag. Eksperter taler også om todimensionelle materialer. I denne form, monolag kan udvise uventede egenskaber, der gør dem interessante for forskning. De såkaldte overgangsmetal-dichalcogenider (TMDC) er særligt lovende. De opfører sig som halvledere og kan bruges til at fremstille ultrasmå og energieffektive chips, for eksempel.

I øvrigt, TMDC'er er i stand til at generere lys, når de forsynes med energi. Dr. Christian Schneider, Professor Sven Höfling og deres forskerhold fra formanden for teknisk fysik ved Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) i Bayern, Tyskland, har udnyttet præcis denne effekt til deres forsøg.

Eksperimenter startede med tape

Først, et monolag blev produceret ved hjælp af en simpel metode. Forskerne brugte et stykke tape til at skrælle en flerlagsfilm fra en TMDC-krystal. Ved hjælp af den samme procedure, de fjernede stadig tyndere lag fra filmen, gentag processen, indtil materialet på båndet kun var et lag tykt.

Forskerne afkølede derefter dette enkeltlag til en temperatur på lige over det absolutte nul og ophidsede det med en laser. Dette fik monolaget til at udsende enkeltfotoner under særlige forhold. "Vi kunne nu vise, at en bestemt type spænding ikke producerer én, men præcis to fotoner, "Forklarer Schneider." Lyspartiklerne genereres i par, så at sige."

Sådanne to-foton-kilder kan bruges til at overføre 100 procent trykbeskyttet information. Til dette formål, lyspartiklerne er viklet ind. Tilstanden for den første foton har derefter en direkte indvirkning på den anden foton, uanset afstanden mellem de to. Denne tilstand kan bruges til at kryptere kommunikationskanaler.

Monolag muliggør nye lasere

I en anden undersøgelse, JMU -forskerne demonstrerede en anden anvendelse af eksotiske enkeltlag. De monterede et monolag mellem to spejle og stimulerede det igen med en laser. Strålingen ophidsede selve TMDC -pladen til at udsende fotoner. Disse blev reflekteret tilbage til pladen af ​​spejlene, hvor de begejstrede atomer for at skabe nye fotoner.

"Vi kalder denne proces stærk kobling, "Forklarer Schneider. Lyspartiklerne klones under denne proces, på en måde at tale på. "Lys og stof hybridiserer, dannelse af nye kvasi -partikler i processen:exciton -polaritoner, "siger fysikeren. For første gang, det er muligt at detektere disse polaritoner ved stuetemperatur i atomiske enkeltlag.

På kort sigt, dette åbner interessante nye applikationer. De "klonede" fotoner har egenskaber, der ligner laserlys. Men de fremstilles på helt andre måder. Ideelt set, produktionen af ​​nye lyspartikler er selvbærende efter den første excitation uden at kræve yderligere energiforsyning. I en laser, imidlertid, det lysproducerende materiale skal ophidses energisk udefra permanent. Dette gør den nye lyskilde yderst energieffektiv. I øvrigt, det er velegnet til at studere visse kvanteeffekter.