Defekter i atomtynd halvleder udsender enkelte fotoner

Forskere ved University of Rochester har vist, at defekter på en atomtynd halvleder kan producere lysemitterende kvantepunkter. Kvantepunkterne tjener som kilde til enkeltfotoner og kan være nyttige til integration af kvantefotonik med solid -state elektronik - en kombination kendt som integreret fotonik.

Forskere er blevet interesseret i integrerede solid-state-enheder til kvanteoplysningsbehandling. Kvantepunkter i atomtynde halvledere kunne ikke kun danne ramme om at undersøge den grundlæggende fysik i, hvordan de interagerer, men også muliggøre nanofotoniske applikationer, siger forskerne.

Kvantepunkter kaldes ofte kunstige atomer. De er kunstigt konstruerede eller naturligt forekommende defekter i faste stoffer, der undersøges for en lang række anvendelser. Nick Vamivakas, adjunkt i optik ved University of Rochester og seniorforfatter på papiret, tilføjer, at atomtyndt, 2D materialer, såsom grafen, har også skabt interesse blandt forskere, der ønsker at undersøge deres potentiale for optoelektronik. Imidlertid, indtil nu, optisk aktive kvantepunkter er ikke blevet observeret i 2D -materialer.

I et papir udgivet i Naturnanoteknologi denne uge, Rochester-forskerne viser, hvordan wolframdiselenid (WSe2) kan formes til en atomisk tynd halvleder, der fungerer som en platform for solid-state kvantepunkter. Måske vigtigst af alt er de fejl, der skaber prikkerne, ikke hæmmer halvlederens elektriske eller optiske ydeevne, og de kan kontrolleres ved at anvende elektriske og magnetiske felter.

Vamivakas forklarer, at lysstyrken af ​​quantum dot -emissionen kan kontrolleres ved at anvende spændingen. Han tilføjer, at det næste trin er at bruge spænding til at "justere farven" på de udsendte fotoner, som kan gøre det muligt at integrere disse kvantepunkter med nanofotoniske enheder.

En vigtig fordel er, hvor meget lettere det er at oprette kvanteprikker i atomtyndt wolframdiselenid sammenlignet med at producere kvantepunkter i mere traditionelle materialer som indiumarsenid.

"Vi starter med en sort krystal, og derefter skræller vi lag af den, indtil vi har en ekstrem tynd senere tilbage, et atom tyndt lag wolframdiselenid, "sagde Vamivakas.

Forskerne tager to af disse atom tynde ark og lægger det ene over det andet. På det tidspunkt, hvor de overlapper hinanden, der oprettes en kvantepunkt. Overlapningen skaber en defekt i det ellers glatte 2D -ark af halvledermateriale. De ekstremt tynde halvledere er meget lettere at integrere med anden elektronik.

Kvantepunkterne i wolframdiselenid besidder også en iboende kvantitetsgrad af frihed - elektron -spin. Dette er en ønskelig egenskab, da spinet både kan fungere som et lager af kvanteinformation samt give en sonde af det lokale quantum dot -miljø.

"Det, der gør wolframdiselenid ekstremt alsidigt, er, at farven på de enkelte fotoner, der udsendes af kvantepunkterne, er korreleret med quantum dot -spinet, "sagde første forfatter Chitraleema Chakraborty. Chakraborty tilføjede, at den lethed, hvormed spins og fotoner interagerer med hinanden, bør gøre disse systemer ideelle til både kvanteinformationsapplikationer og nanoskala -metrologi.