Korronte bat wolframio-diseleniuroaren geruza mehe bati aplikatzen zaionean, oso ezohiko moduan distira hasten da. Beste material erdieroale batzuek igor ditzaketen argi arruntaz gain, wolframio-diseleniuroak argi kuantiko distiratsu oso berezi bat ere sortzen du, materialaren puntu zehatzetan soilik sortzen dena. Beti banan-banan igortzen diren fotoi sorta batek osatzen du, inoiz ez binaka edo mordoka. Piloketaren aurkako efektu hau ezin hobea da informazio kuantikoaren eta kriptografia kuantikoaren alorreko esperimentuetarako, non fotoi bakarrak behar diren. Hala ere, urte luzez, isuri hori misterio bat izaten jarraitu du.

TU Vienako ikertzaileek hau azaldu dute orain: materialaren akats atomiko bakarren eta tentsio mekanikoen elkarrekintza sotila dira argi-efektu kuantiko honen erantzule. Ordenagailu bidezko simulazioek erakusten dute nola elektroiak materialaren leku zehatzetara eramaten diren, non akats batek harrapatzen dituen, energia galtzen duten eta fotoi bat igortzen duten. Argi kuantikoaren puzzlearen irtenbidea Physical Review Letters aldizkarian argitaratu da.

Hiru atomo lodi besterik ez

Tungsteno diseleniuroa bi dimentsioko materiala da, geruza oso meheak eratzen dituena. Horrelako geruzak hiru atomo geruza lodi baino ez dira, tungsteno atomoak erdian, selenio atomoekin akoplatuta behean eta goian. "Geruzari energia ematen bazaio, adibidez tentsio elektriko bat aplikatuz edo uhin-luzera egokiko argiarekin irradiatuz, distira egiten hasten da", azaldu du TU Vienako Fisika Teoriko Institutuko Lukas Linhartek. «Hau berez ez da arraroa, material askok egiten dute hori. Hala ere, wolframio-diseleniuroak igortzen duen argia zehatz-mehatz aztertu zenean, argi arruntaz gain, oso ezaugarri ezohikoak zituen argi mota berezi bat detektatu zen».

Izaera bereziko argi kuantiko hau uhin-luzera espezifikoetako fotoiek osatzen dute, eta beti banaka igortzen dira. Inoiz ez da gertatzen uhin-luzera bereko bi fotoi aldi berean detektatzea. "Honek esaten digu fotoi hauek ezin direla ausaz ekoiztu materialan, baina wolframio-diseleniuroaren laginean fotoi horietako asko ekoizten dituzten puntu jakin batzuk egon behar direla, bata bestearen atzetik", azaldu du Florian Libisch irakasleak, bere ikerketa bitan zentratuta. -dimentsioko materialak.

Efektu hori azaltzeko, elektroien maila fisiko kuantikoan materialaren portaera zehatza ulertzea eskatzen da. Tungsteno-diseleniuroko elektroiek energia-egoera desberdinak okupa ditzakete. Elektroi bat energia handiko egoeratik energia baxuagoko egoera batera aldatzen bada, fotoi bat igortzen da. Hala ere, energia baxuago batera jauzi hori ez da beti onartzen: elektroiak zenbait lege bete behar ditu: momentua eta momentu angeluarra kontserbatzea.

Kontserbazio-lege hauen ondorioz, energia handiko egoera kuantikoan dagoen elektroi batek bertan geratu behar du, materialaren inperfekzio batzuek energia-egoerak aldatzen uzten ez badute behintzat. “Tungsteno diseleniuro geruza bat ez da inoiz perfektua. Leku batzuetan, selenio atomo bat edo gehiago falta izan daitezke», dio Lukas Linhartek. "Horrek eskualde honetako elektroien egoeren energia ere aldatzen du".

Gainera, material geruza ez da plano perfektua. Burko baten gainean zabaltzean zimurtzen den manta bat bezala, wolframio-diseleniuroa lokalean luzatzen da material-geruza euskarri-egitura txikietan esekita dagoenean. Esfortzu mekaniko hauek energia elektronikoaren egoeran ere eragina dute.

«Materialen akatsen eta tokiko tentsioen elkarrekintza korapilatsua da. Hala ere, orain lortu dugu bi efektuak ordenagailu batean simulatzea», dio Lukas Linhartek. "Eta ikusten da efektu horien konbinazioak soilik azal ditzakeela argi-efektu bitxiak".

Materialaren eskualde mikroskopiko horietan, non akatsak eta gainazaleko tentsioak batera agertzen diren, elektroien energia-mailak energia handiko egoeratik energia baxuko egoerara aldatzen dira eta fotoi bat igortzen dute. Fisika kuantikoaren legeek ez dute onartzen bi elektroi zehatz-mehatz egoera berean egotea aldi berean, eta horregatik, elektroiek prozesu hori banan-banan jasan behar dute. Ondorioz, fotoiak banan-banan igortzen dira, gainera.

Aldi berean, materialaren distortsio mekanikoak akatsaren inguruan elektroi kopuru handia pilatzen laguntzen du, azken horrek bere egoera aldatu eta fotoi bat igorri ondoren beste elektroi bat erraz sartzeko.

Emaitza honek erakusten du 2-D materialek ultrameheek aukera guztiz berriak zabaltzen dituztela materialen zientziarako.