Diavolul în defectul emisiilor cuantice

Impresia unui artist care arată încorporarea emițătorilor de fotoni unici în timpul creșterii hBN. Credit: Trong Toan Tran

Studiul ajută la deblocarea structurii chimice în defecte care emit fotoni individuali.

Sistemele care pot emite un flux individual de fotoni, numite surse de lumină cuantică, sunt componente hardware critice pentru tehnologiile emergente, cum ar fi calcul cuantic, Internet cuantic și comunicații cuantice.

În multe cazuri, capacitatea de a genera lumină cuantică la cerere necesită manipularea și controlul atomilor sau moleculelor individuale, depășind limita tehnicilor moderne de fabricație și făcând dezvoltarea acestor sisteme o provocare transversală.

Într – o nouă cercetare, publicată în Materiale ale naturii, o colaborare internațională multidisciplinară condusă de Universitatea Tehnologică din Sydney (UTS), a descoperit structura chimică din spatele defectelor necompletate grafic (nitrură de bor hexagonală, hBN), un nanomaterial bidimensional care arată o mare promisiune ca platformă de generare a luminii cuantice.

Defectele sau imperfecțiunile cristaline pot acționa ca surse fotonice unice și înțelegerea structurii lor chimice este esențială pentru a le putea fabrica într-un mod controlat.

„Emițătorii de fotoni cu un singur foton HBN prezintă proprietăți optice excelente, printre cele mai bune dintre orice sistem material în stare solidă, dar pentru a le folosi practic, trebuie să înțelegem natura defectului și am început în cele din urmă să dezlegăm această enigmă ”, spune doctorandul UTS Noah Mendelson și primul autor al studiului.

„Din păcate, nu putem combina tehnici puternice pentru a vizualiza atomii individuali direct cu măsurători optice cuantice, astfel încât obținerea acestor informații structurale este foarte dificilă. În schimb, am abordat această problemă dintr-un unghi diferit, controlând încorporarea dopanților, cum ar fi carbonul, în hBN în timpul creșterii și apoi comparând direct proprietățile optice ale fiecăruia “, a spus el.

Pentru a efectua acest studiu cuprinzător, echipa, condusă de profesorul Igor Aharonovich, cercetător șef al nodului UTS al Centrului de excelență ARC pentru materiale transformatoare meta-icalptice (TMOS), s-a adresat colaboratorilor din Australia și în întreaga lume pentru a furniza eșantionul necesar.

Cercetătorii au putut observa, pentru prima dată, o legătură directă între încorporarea carbonului în rețeaua hBN și emisia cuantică.

„Determinarea structurii defectelor materiale este o problemă extrem de solicitantă și necesită experți din mai multe discipline. Nu am fi putut face acest lucru doar în cadrul grupului nostru. Numai prin alăturarea cu colaboratori din întreaga lume care au experiență în diferite tehnici de creștere a materialelor, am putea studia acest subiect exhaustiv. Lucrând împreună, am reușit în cele din urmă să oferim claritatea necesară comunității de cercetare în general ”, a spus profesorul Aharonovich.

„A fost deosebit de interesant, deoarece acest studiu a fost posibil datorită noilor eforturi de colaborare cu colaboratorii Dipankar Chugh, Hark Hoe Tan și Chennupati Jagadish din nodul TMOS la Universitatea Națională din Australia, “El a spus.

Oamenii de știință au identificat, de asemenea, o altă caracteristică interesantă în studiul lor, că defectele transportă spin, o proprietate mecanică cuantică fundamentală și un element cheie în codificarea și recuperarea informațiilor cuantice stocate în fotoni individuali.

„Confirmarea faptului că aceste defecte implică o răsucire deschide posibilități interesante pentru viitoarele aplicații de detectare cuantică, în special cu materiale subțiri atomic.” A spus profesorul Aharonovich.

Lucrarea conduce un nou domeniu de cercetare, spintronica cuantică 2D și pune bazele pentru studii ulterioare privind emisia de lumină cuantică de la hBN. Autorii anticipează că munca lor va stimula un interes mai mare în domeniu și va facilita o serie de experimente de monitorizare, cum ar fi generarea de perechi de fotoni încurcate din hBN, studii detaliate ale proprietăților de rotație ale sistemului și confirmarea teoretică a structura defectului.

„Acesta este doar începutul și anticipăm că descoperirile noastre vor accelera desfășurarea emițătorilor cuantici hBN pentru o gamă largă de tehnologii emergente”, conchide dl Mendelson.

Referință: „Identificarea carbonului ca sursă de emisie vizibilă a unui singur foton din azotură hexagonală de bor” de Noah Mendelson, Dipankar Chugh, Jeffrey R. Reimers, Tin S. Cheng, Andreas Gottscholl, Hu Long, Christopher J. Mellor, Alex Zettl, Vladimir Dyakonov, Peter H. Beton, Sergei V. Novikov, Chennupati Jagadish, Hark Hoe Tan, Michael J. Ford, Milos Toth, Carlo Bradac și Igor Aharonovich, pe 2 noiembrie 2020, Materiale ale naturii.
DOI: 10.1038 / s41563-020-00850-i

Finanțare: Australian Research Council, Asian Bureau of Aerospace Research and Development, US Department of Energy, National Computational Infrastructure (NCI), Intersect, University of Shanghai, National Foundation for Natural Sciences of China, German Research Foundation

Cercetători de la Universitatea din Shanghai, Universitatea din Nottingham, Universitatea din Würzburg, Universitatea din California – Berkeley și Universitatea din Trent au participat, de asemenea, la studiu.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Modelul demonstrează similitudini în modul în care studiază oamenii și insectele

Modelul de calcul demonstrează similaritatea în cunoașterea împrejurimilor oamenilor și insectelor. Potrivit unui nou studiu de la Universitatea din Sussex, care arată cum oamenii pot...

Cum am creat „furtuna perfectă” pentru evoluția și transmiterea bolilor infecțioase, cum ar fi COVID-19

Potrivit unui cercetător de la Universitatea din Anglia de Est, în majoritatea modurilor noastre, „furtuna perfectă” a fost creată pentru evoluția și transmiterea bolilor...

„Adezivul molecular” crește eficiența și face ca celulele solare perovskite să devină mult mai fiabile în timp

Cercetătorii au folosit „adeziv molecular” auto-asamblat monostrat pentru a consolida interfețele din celulele solare perovskite pentru a le face mai eficiente, stabile și fiabile....

Pastele plate sunt atât de avansate încât se formează în morfuri atunci când sunt fierte

Laboratorul CMU gestionează producția de paste, care își schimbă forma pe măsură ce gătește. Credit: Universitatea Carnegie Mellon Pastele plate ambalate creează ambalare, transport...

Oamenii de știință ai undelor gravitaționale Excelentă nouă metodă de rafinare a constantei Hubble – expansiunea și vârsta universului

O ilustrare a artistului unei perechi unificate de stele neutronice. Credit: Carl Knox, Universitatea OzGrav-Swinburne O echipă de oameni de știință internaționali, condusă de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.