As in stroom wurdt tapast op in tinne laach wolfraam diselenide, begjint it te gloeien op in heul ûngewoane manier. Njonken gewoan ljocht, dat oare halfgeleidermaterialen útstjitte kinne, produsearret wolfraam diselenide ek in hiel bysûnder soarte fan helder kwantumljocht, dat allinnich op spesifike punten fan it materiaal ûntstiet. It bestiet út in searje fotonen dy't altyd ien foar ien útstjoerd wurde - nea yn pearen of yn boskjes. Dit anty-bunching-effekt is perfekt foar eksperiminten op it mêd fan kwantumynformaasje en kwantumkryptografy, wêr't inkele fotonen nedich binne. Lykwols, jierrenlang is dizze útstjit in mystearje bleaun.

Ûndersikers by TU Wenen hawwe no útlein dit: In subtile ynteraksje fan inkele atomêre defekten yn it materiaal en meganyske strain binne ferantwurdlik foar dit kwantum ljocht effekt. Kompjûtersimulaasjes litte sjen hoe't de elektroanen nei spesifike plakken yn it materiaal oandreaun wurde, wêr't se troch in defekt fêstlein wurde, enerzjy ferlieze en in foton útstjitte. De oplossing foar de kwantumljochtpuzel is no publisearre yn Physical Review Letters.

Allinich trije atomen dik

Wolfram diselenide is in twadiminsjonaal materiaal dat ekstreem tinne lagen foarmet. Sokke lagen binne mar trije atoomlagen dik, mei wolfraamatomen yn 't midden, keppele oan seleniumatomen ûnder en boppe. "As enerzjy oan de laach levere wurdt, bygelyks troch it oanlizzen fan in elektryske spanning of troch it te bestralen mei ljocht fan in gaadlike golflingte, begjint it te skinen", leit Lukas Linhart út fan it Ynstitút foar Teoretyske Fysika oan de TU Wenen. “Dit is op himsels net ûngewoan, in protte materialen dogge dat. Doe't it ljocht dat útstjit troch wolfraam diselenide yn detail analysearre waard, waard njonken gewoan ljocht in spesjale soarte ljocht mei heul ûngewoane eigenskippen ûntdutsen.

Dit spesjale natuer kwantumljocht bestiet út fotonen fan spesifike golflingten - en se wurde altyd yndividueel útstjoerd. It bart noait dat twa fotonen fan deselde golflingte tagelyk ûntdutsen wurde. "Dit fertelt ús dat dizze fotonen net willekeurich produsearre wurde kinne yn it materiaal, mar dat d'r bepaalde punten moatte wêze yn 'e wolfraam-diselenide-monster dy't in protte fan dizze fotonen produsearje, ien nei de oare," ferklearret professor Florian Libisch, waans ûndersyk him rjochtet op twa -dimensional materialen.

It ferklearjen fan dit effekt fereasket detaillearre begryp fan it gedrach fan 'e elektroanen yn it materiaal op in kwantumfysikaal nivo. Elektronen yn wolfraam diselenide kinne ferskate enerzjystaten ynnimme. As in elektroan feroaret fan in steat fan hege enerzjy nei in steat fan legere enerzjy, wurdt in foton útstjoerd. Dizze sprong nei in legere enerzjy is lykwols net altyd tastien: it elektroan moat him oan bepaalde wetten hâlde - it behâld fan momentum en hoekmomentum.

Troch dizze bewaringswetten moat in elektron yn in hege-enerzjy kwantumtastân dêr bliuwe - útsein as bepaalde ûnfolsleinens yn it materiaal de enerzjytastân feroarje litte. "In wolfraam diselenide laach is nea perfekt. Op guon plakken kinne ien of mear seleniumatomen ûntbrekke”, seit Lukas Linhart. "Dit feroaret ek de enerzjy fan 'e elektroanensteaten yn dizze regio."

Boppedat, de materiaal laach is net in perfekte fleanmasine. Lykas in tekken dy't rimpels as ferspraat oer in kessen, strekt wolfraam diselenide lokaal as de materiaallaach wurdt ophongen op lytse stipestruktueren. Dizze meganyske spanningen hawwe ek in effekt op 'e elektroanyske enerzjystaten.

“De ynteraksje fan materiaaldefekten en lokale stammen is yngewikkeld. It is ús no lykwols slagge om beide effekten op in kompjûter te simulearjen”, seit Lukas Linhart. "En it docht bliken dat allinich de kombinaasje fan dizze effekten de frjemde ljochteffekten kin ferklearje."

Yn dy mikroskopyske gebieten fan it materiaal, dêr't defekten en oerflak strain ferskine tegearre, de enerzjy nivo 's fan' e elektroanen feroarje fan in hege nei in lege enerzjy steat en emit in foton. De wetten fan 'e kwantumfysika steane net ta dat twa elektroanen tagelyk yn krekt deselde steat binne, en dêrom moatte de elektroanen dit proses ien foar ien ûndergean. Dêrtroch wurde de fotonen ek ien foar ien útstjoerd.

Tagelyk helpt de meganyske ferfoarming fan it materiaal om in grut oantal elektroanen te sammeljen yn 'e omkriten fan it defekt, sadat in oar elektroan maklik beskikber is om yn te stappen nei't de lêste syn steat feroare hat en in foton útstjoerd hat.

Dit resultaat yllustrearret dat ultratinne 2-D materialen folslein nije mooglikheden iepenje foar materiaalwittenskip.