Wetenschappers van het U.S. Naval Research Laboratory ontdekten een nieuw platform voor kwantumtechnologieën door tweedimensionale (2-D) kristallen boven poriën in een plak goud te hangen. Deze nieuwe benadering kan helpen bij het ontwikkelen van nieuwe materialen voor veilige communicatie en detectietechnologieën op basis van de unieke natuurwetten op atomair niveau.

"We hadden nooit verwacht dat deze atomair dunne materialen de ordening van alle atomen in zo'n relatief grote plaat goud zouden kunnen beïnvloeden, " zei Jeremy Robinson, een materiaalonderzoeker bij NRL. "Bij verhitting het metaal vloeit terug om een ​​poreuze structuur te vormen en de goudatomen sluiten in register met de atomen in de 2-D laag bovenop."

Het onderzoeksteam verwachtte dewetting te observeren, een proces dat het resultaat is van interactie tussen oppervlakken van twee vaste stoffen. In plaats van druppeltjes te vormen op de glazen basis onder het goud, verwarming veroorzaakte een heroriëntatie van de onderliggende metalen plaat. Het goud werd overal poreus en deze fysieke verandering bracht onderzoekers ertoe om te testen op andere bijwerkingen van de fusie.

"We ontdekten ook dat deze combinatie een groot aantal kwantumlichtbronnen kan creëren in een, soort van, kant-en-klaar netwerk, " zei Andrew Yeats, onderzoeksfysicus bij NRL. "De uitlijning tussen atomaire lagen kan de energieoverdracht tussen de emitters vergemakkelijken via het gouden raamwerk dat hen verbindt."

Onderzoekers hebben geverifieerd dat licht afkomstig van de 2D-halfgeleiders eruit komt als enkele lichtdeeltjes, of fotonen. Deze emitters kunnen via de goudlaag energie aan elkaar overdragen.

"We schijnen licht op een deel van het monster en we kijken naar het licht dat van een ander deel afkomt, Robinson zei. "Dit leert ons hoe energie op een gegeven moment in de goudlaag kan worden gekoppeld, gepropageerd naar een andere kwantumzender ver weg en opnieuw uitgezonden als licht dat we konden zien."

De mogelijkheid om de leidingen van energie naar een enkele-fotonzender op afstand te besturen, maakt dit een aantrekkelijk systeem voor kwantumtechnologie.

"Naarmate we beter worden in het beheersen van hoe de 2-D halfgeleider interageert met poriën in de metaalfilm, het is gemakkelijk om je verschillende technologieën voor te stellen die deze eigenschappen zouden kunnen gebruiken.' Robinson zei. 'Sensoren zijn een goed eerste doelwit, die kunnen profiteren van de atomair dunne membranen die over het poreuze metalen frame zijn gespannen."

Terwijl onderzoekers dit werk uitvoerden met behulp van een gouden plak onder de dunne halfgeleiderlaag, andere metalen kunnen op dezelfde manier reageren als het goud. Het NRL-team blijft onderzoeken hoe verschillende materiaalcombinaties en structuren enkele fotonbronnen met unieke eigenschappen kunnen creëren, een belangrijk onderdeel van veilige communicatie.