Lad der være lys:Kontrolleret oprettelse af kvanteemitterarrays

Overgangsmetal dichalcogenider (TMD'er) er lagdelte halvledere, der kan eksfolieres til lag, der kun er få atomer tykke. Nyere forskning har vist, at nogle TMD'er kan indeholde kvantelyskilder, der kan udsende enkelte fotoner af lys. Indtil nu, forekomsten af ​​disse kvantelysemittere har været tilfældig. Nu, forskere i Graphene Flagship, der arbejder ved University of Cambridge, Storbritannien, har skabt store arrays af disse kvanteemittere i forskellige TMD-materialer. Arbejdet, også involverer forskere fra Harvard University, OS, er udgivet i Naturkommunikation . Denne nye tilgang fører til store mængder on-demand, enkelt foton emittere, baner vejen for integration af ultratynde, enkeltfotoner i elektroniske enheder.

Kvantelysudsender, eller kvanteprikker, er af interesse for mange forskellige applikationer, herunder kvantekommunikation og netværk. Indtil nu, det har været meget vanskeligt at producere store arrays af kvanteemittere tæt på hinanden, samtidig med at den høje kvalitet af kvantelyskilderne bevares. "Det er næsten et Guldlok-problem - det ser ud til, at man enten opnår gode enkeltfotonkilder, eller gode arrays, men ikke begge på samme tid. Nu, lige pludselig, vi kan have hundredvis af disse emittere i en prøve, " sagde Mete Atatüre, en professor ved Cavendish Laboratory ved University of Cambridge.

De tilfældige forekomster af kvanteprikker i TMD gjorde systematisk undersøgelse vanskelig. "Evnen til deterministisk at skabe vores kilder har gjort en dramatisk ændring i den måde, vi laver vores daglige forskning på. Tidligere var det rent held, og vi skulle holde humøret højt, selvom det ikke lykkedes. Nu, vi kan forske på en mere systematisk måde, " sagde Atatüre. Ikke alene gør denne nye metode at udføre forskning mere ligetil, men det fører også til forbedringer i selve emitterne:"Kvaliteten af ​​de emittere, som vi skaber med vilje, ser ud til at være bedre end de naturlige kvanteprikker."

Dhiren Kara, en forsker ved Cavendish Laboratory, sagde "Der er masser af mystik omkring disse emittere, i hvordan de opstår og hvordan de virker. Nu, man kan direkte skabe emitterne og ikke behøver at bekymre sig om at vente på, at de dukker op tilfældigt. I den forstand det fremskynder meget af videnskaben."

For at skabe kvantelyskilderne, forskerne skærer en række af nanoskala søjler i silica eller nanodiamant, og derefter suspenderet det få-atom-tykke TMD-lag oven på søjlerne. Kvanteemitterne skabes derefter i TMD'en, hvor de understøttes af søjlerne, så det er muligt at vælge præcis, hvor de enkelte fotoner skal genereres. "Det er godt, at emitterne genereres på en mekanisk måde, fordi det betyder, at de er ret robuste, og materialeuafhængig, " sagde Carmen Palacios-Berraquero, en forsker ved Cavendish Laboratory og førsteforfatter til værket.

Den deterministiske og robuste generation af kvantekilder betyder nye muligheder for hybride strukturer af fotoniske og elektroniske funktioner lagdelt sammen. Kvantearrayerne er fuldt skalerbare og kompatible med siliciumchipfremstilling.

Andrea Ferrari, Videnskabs- og teknologiofficer og formand for ledelsespanelet for flagskibet grafen, var også involveret i forskningen. Han tilføjede:"Kvanteteknologier er anerkendt som nøgleinvesteringsområder for Europa, med et nyt Quantum Flagship, der for nylig blev annonceret. Det er fantastisk at se, at lagdelte materialer nu har en fast plads blandt de lovende tilgange til generering og manipulation af kvantelys og kunne være muliggører for en fremtidig integreret teknologi."