Ďábel v detailu vady kvantových emisí

Umělecký dojem ukazující začlenění jednotlivých fotonových zářičů během růstu hBN. Fotografický kredit: Trong Toan Tran

Studie pomáhá odhalit chemickou strukturu defektů, které jednotlivé fotony emitují.

Systémy, které mohou vyzařovat proud jednotlivých fotonů nazývaných kvantové zdroje světla, jsou kritickými hardwarovými komponentami pro nové technologie, jako jsou: Kvantové výpočty, kvantový internet a kvantová komunikace.

V mnoha případech vyžaduje schopnost generovat kvantové světlo v případě potřeby manipulaci a kontrolu nad jednotlivými atomy nebo molekulami, aby bylo možné posunout hranice moderních výrobních technik a učinit z vývoje těchto systémů interdisciplinární výzvu.

V novém výzkumu publikovaném v Přírodní materiály, mezinárodní multidisciplinární spolupráce vedená University of Technology Sydney (UTS), odhalila chemickou strukturu za defekty v bílé barvě Graf (hexagonal boron nitride, hBN), dvourozměrný nanomateriál, který je příslibem jako platforma pro generování kvantového světla.

Vady nebo nedokonalosti krystalů mohou působit jako jednotlivé fotonové zdroje a pochopení jejich chemické struktury je zásadní, aby bylo možné je vyrábět řízeným způsobem.

“Vysílače HBN s jedním fotonem mají vynikající optické vlastnosti, které patří k nejlepším ze všech materiálových systémů v pevné fázi.” Abychom jej mohli použít v praxi, musíme pochopit podstatu defektu a nakonec začít tuto záhadu řešit, “říká doktorand UTS Noah Mendelson a hlavní autor studie.

“Bohužel nemůžeme jednoduše kombinovat výkonné techniky k vizualizaci jednotlivých atomů přímo pomocí kvantových optických měření.” Proto je velmi obtížné tuto strukturální informaci získat. Místo toho jsme k tomuto problému přistupovali z jiného úhlu řízením začlenění příměsí, jako je uhlík, do hBN během růstu a následným přímým porovnáním optických vlastností každého problému, “uvedl.

K dokončení této komplexní studie se tým pod vedením profesora Igora Aharonovicha, hlavního výzkumného pracovníka uzlu UTS Centra excelence ARC v transformativních meta-optických materiálech (TMOS), obrátil na zaměstnance v Austrálii a na celém světě, aby nasadili pole potřebných vzorků.

Poprvé byli vědci schopni pozorovat přímou souvislost mezi začleněním uhlíku do mřížky hBN a kvantovou emisí.

“Stanovení struktury vad materiálu je neuvěřitelně náročný problém a vyžaduje odborníky z mnoha oborů.” Nemohli jsme to udělat sami v naší skupině. Pouze při partnerství se zaměstnanci z celého světa, kteří mají odborné znalosti v různých technikách růstu materiálu, můžeme tento problém plně prozkoumat. Společně jsme konečně dokázali vytvořit jasnost, která je potřebná pro celou výzkumnou komunitu, “řekl profesor Aharonovich.

“Bylo to obzvláště vzrušující, protože tuto studii umožnilo nové společné úsilí se zaměstnanci Dipankar Chugh, Hark Hoe Tan a Chennupati Jagadish z uzlu TMOS na Australská národní univerzita, ” řekl.

Ve své studii vědci identifikovali další fascinující rys: vady nesou spin, základní kvantově mechanickou vlastnost a klíčový prvek v kódování a načítání kvantových informací uložených na jednotlivých fotonech.

„Potvrzení, že tyto vady nesou spin, otevírá vzrušující příležitosti pro budoucí aplikace kvantových senzorů, zejména u atomově tenkých materiálů.“ Řekl profesor Aharonovich.

Práce přináší do popředí nové výzkumné pole, 2D kvantovou spintroniku, a tvoří základ pro další výzkum kvantové emise světla hBN. Autoři předpokládají, že jejich práce podnítí zvýšený zájem o tuto oblast a umožní řadu následných experimentů, například generování zapletených fotonových párů z hBN, podrobné studie vlastností rotace systému a teoretické potvrzení struktury defektů.

“Je to jen začátek a očekáváme, že naše výsledky urychlí přijetí kvantových zářičů hBN v řadě nových technologií,” uzavírá Mendelson.

Odkaz: „Identifikace uhlíku jako zdroje viditelné emise jediného fotonu z hexagonálního nitridu boru“, autor: Noah Mendelson, Dipankar Chugh, Jeffrey R. Reimers, Zinn S. Cheng, Andreas Gottscholl, Hu Long, Christopher J. Mellor, Alex Zettl, Vladimir Dyakonov, Peter H. Beton, Sergei V. Novikov, Chennupati Jagadisch, Hark Hoe Tan, Michael J. Ford, Milos Toth, Carlo Bradac a Igor Aharonovich, 2. listopadu 2020, Přírodní materiály.
DOI: 10.1038 / s41563-020-00850-r

Financování: Australian Research Council, Asian Office for Aerospace Research and Development, US Department of Energy, National Computer Infrastructure (NCI), Intersect, Shanghai University, Chinese National Science Foundation, German Research Foundation

Do studie byli také zapojeni vědci ze Šanghajské univerzity, University of Nottingham, University of Würzburg, University of California – Berkeley a Trent University.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Aby se objev urychlil, vychází z mřížky vysoce dimenzionální infračervený mikroskop

Příklad vzoru dlaždice použitého ke skenování kulatého červa C. elegans. Non-grid pattern dává algoritmu vzorkování větší flexibilitu pro rychlé resetování oblastí zájmu. ...

Starověcí zirkonové říkají, že desková tektonika začala před 3,6 miliardami let – významná událost pro přivítání Země k životu

Zirkony studované výzkumným týmem byly vyfotografovány pomocí katholluminiscence, techniky, která umožňuje týmu vizualizovat vnitřek krystalů pomocí speciálního rastrovacího elektronového mikroskopu. Tmavé kruhy na...

Můžeme opioidy zvýšit návykovostí? [Video]

V roce 2017 byly miliony lidí po celém světě závislí na opioidech a 115 000 zemřelo na předávkování. Opioidy jsou nejsilnější léky proti bolesti, které...

V místě vazby protilátek ve variantách viru COVID-19 – hlavní důsledky pro budoucí vakcíny

Výzkumný tým Penn State zjistil, že N protein na SARS-CoV-2 je uložen ve všech pandemických koronavirech souvisejících se SARS (nahoře vlevo: SARS-CoV-2, civet, SARS-CoV,...

NASA investuje 105 milionů amerických dolarů do vývoje inovativních technologií pro malé podniky ve Spojených státech

NASA Má dlouhou historii podpory amerických podnikatelů při vývoji technologií od nápadu po obchodní připravenost. Agenturní program Small Business Innovation Research (SBIR) dále podporoval...

Newsletter

Subscribe to stay updated.