Wetenschap
Krediet:University of Technology Sydney (UTS)
Een team van Australische wetenschappers van de University of Technology Sydney (UTS) en de Australian National University (ANU) is van mening dat ze een manier hebben ontwikkeld om een decennialange uitdaging op het gebied van kwantummaterialen aan te pakken:de spectrale afstemming van voorgestelde kwantumlichtbronnen .
De onderzoekers zeggen hun resultaten, met behulp van een atomair dun materiaal, hexagonaal boornitride, vormen een belangrijke stap voorwaarts in het begrijpen van licht-materie-interacties van kwantumsystemen in 2D-materialen, en de reis naar schaalbare on-chip-apparaten voor kwantumtechnologieën. De studie is gepubliceerd in Geavanceerde materialen .
Het vermogen om de kleuren van kwantumlicht nauwkeurig af te stemmen is voorgesteld als een belangrijke stap in de ontwikkeling van kwantumnetwerkarchitecturen, waar fotonen, de fundamentele bouwsteen van licht, worden uitgebuit om te dienen als de kwantumboodschapper om te communiceren tussen verre locaties.
De wetenschappers maakten gebruik van de extreme rekbaarheid van hexagonaal boornitride, ook bekend als "wit grafeen." zodanig dat ze een wereldrecord voor de grootste spectrale, kleurafstemmingsbereik van een atomair dun kwantumsysteem.
Hoofdauteur, UTS Ph.D. kandidaat Noah Mendelson zei dat de aangetoonde verbetering in spectrale afstemming, bijna een orde van grootte, zou interesse wekken bij zowel academische als industriële groepen "die werken aan de ontwikkeling van kwantumnetwerken en gerelateerde kwantumtechnologieën."
"Dit materiaal is gekweekt in het laboratorium van UTS met enkele 'kristalfouten' op atomaire schaal die ultraheldere en extreem stabiele kwantumbronnen zijn.
"Door het atomair dunne materiaal uit te rekken om mechanische uitzetting van de kwantumbron te veroorzaken, dit, op zijn beurt resulteerde in het dramatische afstemmingsbereik van de kleuren die worden uitgezonden door de kwantumlichtbron, " hij zei.
"Toen het zeshoekige boornitride werd uitgerekt tot slechts een paar atoomlagen dik, begon het uitgestraalde licht van kleur te veranderen van oranje naar rood, net zoals de LED-lampjes op een kerstboom, maar in het kwantumrijk, ", zegt UTS-promovendus Noah Mendelson.
"Zo'n kleurafstemming op kwantumniveau zien is niet alleen een geweldige prestatie vanuit een fundamenteel oogpunt, maar het werpt ook licht op vele mogelijke toepassingen op het gebied van kwantumwetenschap en kwantumtechniek, " hij voegt toe.
In tegenstelling tot andere nanomaterialen die als kwantumlichtbronnen worden gebruikt, zoals diamant, siliciumcarbide of galliumnitride hexagonaal boornitride is niet bros en wordt geleverd met de unieke rekbare mechanische eigenschappen van een van der Waals-kristal.
"We zijn altijd verbaasd geweest over de superieure eigenschappen van hexagonaal boornitride, of ze mechanisch zijn, elektrisch of optisch. Dergelijke eigenschappen maken niet alleen unieke natuurkundige experimenten mogelijk, maar kan in de nabije toekomst ook deuren openen naar een overvloed aan praktische toepassingen, " zegt UTS-professor Igor Aharonovich, een senior auteur van het werk en hoofdonderzoeker van het ARC Center of Excellence for Transformative Meta-Optical Materials (TMOS).
Het UTS-team van experimentele fysici, onder leiding van Dr. Trong Toan Tran voelde dat ze iets heel intrigerends op het spoor waren vanaf de allereerste waarneming van het exotische fenomeen.
"We werkten snel samen met een van 's werelds toonaangevende theoretische fysici op dit gebied, ANU's Dr. Marcus Doherty om te proberen de onderliggende mechanismen te begrijpen die verantwoordelijk zijn voor het indrukwekkende kleurafstemmingsbereik. De gezamenlijke inspanning van UTS en ANU leidde tot een volledig begrip van het fenomeen, volledig ondersteund door een robuust theoretisch model, ' zei dokter Toan Tran.
Het team bereidt nu hun vervolgwerk voor:het realiseren van een proof-of-principle-experiment waarbij de twee oorspronkelijk verschillend gekleurde fotonen uit twee uitgerekte kwantumbronnen in hexagonaal boornitride worden verstrengeld om een kwantumbit of (qubit) te vormen - het gebouw blok van een kwantumnetwerk.
"We denken dat het succes van ons werk nieuwe wegen heeft geopend voor meerdere fundamentele fysica-experimenten die de basis kunnen leggen voor het toekomstige kwantuminternet, " concludeert Dr. Toan Tran.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com