Открыт материал для генерации квантового света

0 639

Системы, которые могут излучать поток одиночных фотонов, называемые квантовыми источниками света, являются критически важными аппаратными компонентами для новых технологий, таких как квантовые вычисления, квантовый Интернет и квантовые коммуникации.

Во многих случаях способность генерировать квантовый по запросу требует манипулирования и контроля над отдельными атомами или молекулами, что выходит за рамки современных технологий производства и делает разработку этих систем междисциплинарной задачей.

В новом исследовании, опубликованном в Nature Materials, международной многопрофильной коллаборации под руководством Технологического университета Сиднея (UTS), была обнаружена химическая структура дефектов в белом графене (гексагональный нитрид бора, hBN), двумерном наноматериале, который имеет большие перспективы. как платформа для генерации квантового света.

Изъяны или дефекты кристалла могут действовать как источники одиночных фотонов, и понимание их химической структуры имеет решающее значение для возможности их изготовления контролируемым способом.

«Излучатели одиночных фотонов hBN обладают выдающимися оптическими свойствами, одними из лучших среди всех систем твердотельных материалов, однако для практического использования их нам необходимо понять природу дефекта, и мы наконец начали разгадывать эту загадку», — говорит Ноа Мендельсон и первый автор исследования.

«К сожалению, мы не можем просто комбинировать мощные методы визуализации отдельных атомов напрямую с измерениями квантовой оптики, поэтому получение этой структурной информации является очень сложной задачей. Вместо этого мы решили эту проблему под другим углом, контролируя включение примесей, таких как углерод, в hBN во роста, а затем напрямую сравнивая оптические свойства каждого из них», — сказал он.

Для реализации этого всестороннего исследования ученые обратились к исследователям по всему миру с просьбой предоставить массив необходимых образцов.

Исследователи впервые смогли наблюдать прямую связь между внедрением углерода в решетку hBN и квантовой эмиссией.

«Определение структуры дефектов материала — невероятно сложная задача, требующая специалистов из многих дисциплин. Это не то, что мы могли бы сделать в рамках одной только нашей группы. Только объединившись с сотрудниками со всего мира, которые обладают опытом в различных методах выращивания материалов. могли бы мы изучить этот вопрос всесторонне. Работая вместе, мы наконец смогли внести ясность, необходимую для всего исследовательского сообщества» — сказал профессор Игорь Агарович.

Ученые также определили еще одну интригующую особенность в своем исследовании: дефекты несут спин, фундаментальное квантово-механическое свойство и ключевой элемент для кодирования и извлечения квантовой информации, хранящейся на отдельных фотонах.

Подтверждение того, что эти дефекты несут спин, открывает захватывающие возможности для будущих приложений квантового зондирования, особенно с атомарно тонкими материалами.

Эта работа выдвигает на передний план новую область исследований, двумерную квантовую спинтронику, и закладывает основу для дальнейших исследований квантового излучения света hBN.

Авторы ожидают, что их работа будет стимулировать повышенный интерес к этой области и облегчит ряд последующих экспериментов, таких как генерация запутанных пар фотонов из hBN, подробные исследования спиновых свойств системы и теоретическое подтверждение дефектной структуры.

«Это только начало, и мы ожидаем, что наши результаты ускорят внедрение квантовых излучателей hBN для ряда новых технологий», — заключают исследователи.


Identifying carbon as the source of visible single-photon emission from hexagonal boron nitride, Nature Materials (2020). DOI: 10.1038/s41563-020-00850-y , www.nature.com/articles/s41563-020-00850-y

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x