Системи, які можуть випромінювати потік одиночних фотонів, звані квантовими джерелами світла, є критично важливими апаратними компонентами для нових технологій, таких як квантові обчислення, квантовий Інтернет і квантові комунікації.
У багатьох випадках здатність генерувати квантове світло за запитом вимагає маніпулювання і контролю над окремими атомами або молекулами, що виходить за рамки сучасних технологій виробництва і робить розробку цих систем міждисциплінарним завданням.
У новому дослідженні, опублікованому в Nature Materials, міжнародної багатопрофільної колаборації під керівництвом Технологічного університету Сіднея (UTS), була виявлена хімічна структура дефектів у білому графені (гексагональний нітрид бора, hBN), що має великі перспективи. як платформа для генерації квантового світла.
Вилучені або дефекти кристала можуть діяти як джерела одиночних фотонів, і розуміння їх хімічної структури має вирішальне значення для можливості їх виготовлення контрольованим способом.
«Випромінювачі одиночних фотонів hBN мають видатні оптичні властивості, одні з кращих серед усіх систем твердотільних матеріалів, однак для практичного використання їх нам необхідно зрозуміти природу дефекту, і ми нарешті почали розгадувати цю загадку», - говорить Ноа Мендельсон і перший автор дослідження.
"На жаль, ми не можемо просто комбінувати потужні методи візуалізації окремих атомів безпосередньо з вимірами квантової оптики, тому отримання цієї структурної інформації є дуже складним завданням. Замість цього ми вирішили цю проблему під іншим кутом, контролюючи включення домішок, таких як вуглець, в hBN під час зростання, а потім безпосередньо порівнюючи оптичні властивості кожного з них ", - сказав він.
Для реалізації цього всебічного дослідження вчені звернулися до дослідників по всьому світу з проханням надати масив необхідних зразків.
Дослідники вперше змогли спостерігати прямий зв'язок між впровадженням вуглецю в грати hBN і квантовою емісією.
"Визначення структури дефектів матеріалу - неймовірно складне завдання, що вимагає фахівців з багатьох дисциплін. Це не те, що ми могли б зробити в рамках однієї тільки нашої групи. Тільки об'єднавшись із співробітниками з усього світу, які мають досвід у різних методах вирощування матеріалів. могли б ми вивчити це питання всебічно. Працюючи разом, ми нарешті змогли внести ясність, необхідну для всієї дослідницької спільноти "- сказав професор Ігор Агарович.
Вчені також визначили ще одну інтригуючу особливість у своєму дослідженні: дефекти несуть спин, фундаментальну квантово-механічну властивість і ключовий елемент для кодування і вилучення квантової інформації, що зберігається на окремих фотонах.
Підтвердження того, що ці дефекти несуть спин, відкриває захоплюючі можливості для майбутніх додатків квантового зондування, особливо з атомарно тонкими матеріалами.
Ця робота висуває на передній план нову область досліджень, почесну квантову спинтроніку, і закладає основу для подальших досліджень квантового випромінювання світла hBN.
Автори очікують, що їх робота буде стимулювати підвищений інтерес до цієї області і полегшить ряд наступних експериментів, таких як генерація заплутаних пар фотонів з hBN, докладні дослідження спинових властивостей системи і теоретичне підтвердження дефектної структури.
«Це тільки початок, і ми очікуємо, що наші результати прискорять впровадження квантових випромінювачів hBN для низки нових технологій», - підсумовують дослідники.
