Overgangsmetaal dichalcogeniden (TMD's) zijn gelaagde halfgeleiders die kunnen worden geëxfolieerd tot lagen van slechts enkele atomen dik. Recent onderzoek heeft aangetoond dat sommige TMD's kwantumlichtbronnen kunnen bevatten die enkelvoudige fotonen licht kunnen uitzenden. Tot nu, het optreden van deze kwantumlichtstralers was willekeurig. Nutsvoorzieningen, onderzoekers in het Graphene Flagship werkzaam aan de Universiteit van Cambridge, VK, hebben grootschalige arrays van deze kwantumstralers gemaakt in verschillende TMD-materialen. Het werk, waarbij ook onderzoekers van de universiteit van Harvard betrokken zijn, ONS, is gepubliceerd in Natuurcommunicatie . Deze nieuwe aanpak leidt tot grote hoeveelheden on-demand, enkele foton emitters, de weg vrijmaken voor de integratie van ultradunne, enkele fotonen in elektronische apparaten.

Kwantumlichtzenders, of kwantumstippen, zijn van belang voor veel verschillende toepassingen, inclusief kwantumcommunicatie en netwerken. Tot nu, het was erg moeilijk om grote reeksen kwantumstralers dicht bij elkaar te produceren terwijl de hoge kwaliteit van de kwantumlichtbronnen behouden bleef. "Het is bijna een Goudlokje-probleem - het lijkt erop dat je ofwel goede enkelvoudige fotonbronnen verkrijgt, of goede arrays, maar niet beide tegelijk. Nutsvoorzieningen, plotseling, we kunnen honderden van deze zenders in één monster hebben, " zei Mete Atature, een professor aan het Cavendish Laboratory van de Universiteit van Cambridge.

Het willekeurig voorkomen van kwantumdots in TMD maakte systematisch onderzoek moeilijk. "Het vermogen om onze bronnen deterministisch te creëren heeft een dramatische verandering teweeggebracht in de manier waarop we ons dagelijks onderzoek doen. Voorheen was het puur geluk, en we moesten de moed erin houden, ook als het ons niet lukte. Nutsvoorzieningen, we kunnen op een meer systematische manier onderzoek doen, ", aldus Atatüre. Deze nieuwe methode maakt het uitvoeren van onderzoek niet alleen eenvoudiger, maar het leidt ook tot verbeteringen in de emitters zelf:"De kwaliteit van de emitters die we expres creëren, lijkt beter dan de natuurlijke kwantumstippen."

Dhiren Kara, een onderzoeker aan het Cavendish Laboratory, zei:"Er is veel mysterie rond deze zenders, in hoe ze ontstaan ​​en hoe ze werken. Nutsvoorzieningen, men kan de zenders direct maken en hoeft zich geen zorgen te maken over het wachten tot ze willekeurig verschijnen. Op die manier, het versnelt een groot deel van de wetenschap."

Om de kwantumlichtbronnen te creëren, de onderzoekers sneden een reeks pilaren op nanoschaal in silica of nanodiamant, en vervolgens de enkele atoomdikke TMD-laag op de pilaren gehangen. De kwantumstralers worden vervolgens gemaakt in de TMD waar deze wordt ondersteund door de pilaren, het is dus mogelijk om precies te kiezen waar de afzonderlijke fotonen moeten worden gegenereerd. "Het feit dat de emitters op een mechanische manier worden gegenereerd, is goed, omdat het betekent dat ze behoorlijk robuust zijn, en materiaalonafhankelijk, " zei Carmen Palacios-Berraquero, een onderzoeker aan het Cavendish Laboratory en eerste auteur van het werk.

De deterministische en robuuste generatie van kwantumbronnen betekent nieuwe kansen voor hybride structuren van fotonische en elektronische functies die op elkaar zijn gelaagd. De kwantumarrays zijn volledig schaalbaar en compatibel met fabricage van siliciumchips.

Andrea Ferrari, Science and Technology Officer en voorzitter van het Management Panel van het Graphene Flagship, was ook betrokken bij het onderzoek. Hij voegde eraan toe:"Kwantumtechnologieën worden erkend als belangrijke investeringsgebieden voor Europa, met een nieuw Quantum Flagship dat onlangs is aangekondigd. Het is geweldig om te zien dat gelaagde materialen nu een vaste plaats hebben tussen de veelbelovende benaderingen voor het genereren en manipuleren van kwantumlicht en mogelijk een toekomstige geïntegreerde technologie mogelijk maken."