Lys fra strækbare ark af atomer til kvanteteknologier

Et hold af australske forskere fra University of Technology Sydney (UTS) og Australian National University (ANU) mener, at de har udviklet en måde at løse en årtier lang udfordring inden for kvantematerialer - spektral tuning af foreslåede kvantelyskilder .

Forskerne siger, at deres resultater, ved at bruge et atomart tyndt materiale, sekskantet bornitrid, udgør et væsentligt skridt fremad i forståelsen af ​​lys-stof-interaktioner af kvantesystemer i 2-D-materialer, og rejsen mod skalerbare on-chip-enheder til kvanteteknologier. Undersøgelsen er publiceret i Avancerede materialer .

Evnen til at finjustere farverne på kvantelys er blevet foreslået som et nøgletrin i udviklingen af ​​kvantenetværksarkitekturer, hvor fotoner, lysets grundlæggende byggesten, udnyttes til at tjene som kvantebudbringeren til at kommunikere mellem fjerne steder.

Forskerne udnyttede den ekstreme strækbarhed af sekskantet bornitrid, også kendt som "hvid grafen". i en sådan grad, at de var i stand til at demonstrere en verdensrekord for den største spektral, farvejustering spænder fra et atomisk tyndt kvantesystem.

Hovedforfatter, UTS Ph.D. kandidat Noah Mendelson sagde, at den påviste forbedring i spektral tuning, i næsten en størrelsesorden, ville vække interesse i både akademiske og industrielle grupper "der arbejder hen imod udviklingen af ​​kvantenetværk og relaterede kvanteteknologier."

"Dette materiale blev dyrket i laboratoriet på UTS med nogle 'krystalfejl' i atomskala, som er ultra-lyse og ekstremt stabile kvantekilder.

"Ved at strække det atomisk tynde materiale for at inducere mekanisk udvidelse af kvantekilden, det her, resulterede igen i det dramatiske tuningområde af farverne udsendt af kvantelyskilden, " han sagde.

"Da det hexagonale bornitrid blev strakt til kun et par atomlags tykke, begyndte det udsendte lys at skifte farve fra orange til rød ligesom LED-lysene på et juletræ, men i kvanteriget, " siger UTS Ph.D.-kandidat Noah Mendelson.

"At se en sådan farvejustering på kvanteniveau er ikke bare en fantastisk bedrift fra et grundlæggende synspunkt, men det kaster også lys over mange potentielle anvendelser inden for kvantevidenskab og kvanteteknik, " tilføjer han.

I modsætning til andre nanomaterialer, der bruges som kvantelyskilder, såsom diamant, siliciumcarbid eller galliumnitrid hexagonal bornitrid er ikke skørt og kommer med de unikke strækbare mekaniske egenskaber fra en van der Waals-krystal.

"Vi har altid været forbløffet over de overlegne egenskaber ved hexagonal bornitrid, være de mekaniske, elektrisk eller optisk. Sådanne egenskaber muliggør ikke kun unikke fysikeksperimenter, men kan også åbne døre til et væld af praktiske anvendelser i den nærmeste fremtid, " siger UTS-professor Igor Aharonovich, en seniorforfatter af arbejdet og chefforsker af ARC Center of Excellence for Transformative Meta-Optical Materials (TMOS).

UTS-teamet af eksperimentelle fysikere, ledet af Dr. Trong Toan Tran følte, at de var på vej til noget meget spændende fra den allerførste observation af det eksotiske fænomen.

"Vi slog os hurtigt sammen med en af ​​verdens førende teoretiske fysikere på dette område, ANU's Dr. Marcus Doherty for at prøve at forstå de underliggende mekanismer, der er ansvarlige for det imponerende farvejusteringsområde. Den fælles indsats mellem UTS og ANU førte til fuldstændig forståelse af fænomenet, fuldt understøttet af en robust teoretisk model, " sagde Dr. Toan Tran.

Holdet forbereder nu deres opfølgende arbejde:at realisere et proof-of-principle-eksperiment, der involverer sammenfiltringen af ​​de to oprindeligt forskellige farvede fotoner fra to strakte kvantekilder i sekskantet bornitrid for at danne en kvantebit eller (qubit) - bygningen blok af et kvantenetværk.

"Vi tror, ​​at succesen med vores arbejde har åbnet nye veje for flere fundamentale fysikeksperimenter, der kan lægge grundlaget for fremtidens kvanteinternet, " afslutter Dr. Toan Tran.