જ્યારે ટંગસ્ટન ડિસેલેનાઇડના પાતળા પડ પર કરંટ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે ખૂબ જ અસામાન્ય રીતે ચમકવા લાગે છે. સામાન્ય પ્રકાશ ઉપરાંત, જે અન્ય સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીઓ ઉત્સર્જન કરી શકે છે, ટંગસ્ટન ડિસેલેનાઇડ પણ ખૂબ જ વિશિષ્ટ પ્રકારનો તેજસ્વી ક્વોન્ટમ પ્રકાશ ઉત્પન્ન કરે છે, જે સામગ્રીના ચોક્કસ બિંદુઓ પર જ બનાવવામાં આવે છે. તે ફોટોનની શ્રેણી ધરાવે છે જે હંમેશા એક પછી એક ઉત્સર્જિત થાય છે-ક્યારેય જોડીમાં કે સમૂહમાં નહીં. આ એન્ટિ-બંચિંગ અસર ક્વોન્ટમ માહિતી અને ક્વોન્ટમ ક્રિપ્ટોગ્રાફીના ક્ષેત્રમાં પ્રયોગો માટે યોગ્ય છે, જ્યાં સિંગલ ફોટોન જરૂરી છે. જો કે, વર્ષોથી, આ ઉત્સર્જન એક રહસ્ય રહ્યું છે.

TU વિયેનાના સંશોધકોએ હવે આ સમજાવ્યું છે: સામગ્રી અને યાંત્રિક તાણમાં એકલ અણુ ખામીની સૂક્ષ્મ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા આ ક્વોન્ટમ પ્રકાશ અસર માટે જવાબદાર છે. કોમ્પ્યુટર સિમ્યુલેશન દર્શાવે છે કે કેવી રીતે ઈલેક્ટ્રોન સામગ્રીના ચોક્કસ સ્થાનો પર લઈ જવામાં આવે છે, જ્યાં તેઓ ખામી દ્વારા પકડાય છે, ઊર્જા ગુમાવે છે અને ફોટોન ઉત્સર્જન કરે છે. ક્વોન્ટમ લાઇટ પઝલનો ઉકેલ હવે ફિઝિકલ રિવ્યુ લેટર્સમાં પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યો છે.

માત્ર ત્રણ અણુ જાડા

ટંગસ્ટન ડિસેલેનાઇડ એ દ્વિ-પરિમાણીય સામગ્રી છે જે અત્યંત પાતળા સ્તરો બનાવે છે. આવા સ્તરો માત્ર ત્રણ અણુ સ્તરો જાડા હોય છે, જેમાં મધ્યમાં ટંગસ્ટન અણુ હોય છે, નીચે અને ઉપર સેલેનિયમ અણુઓ સાથે જોડાયેલા હોય છે. "જો સ્તરને ઊર્જા પૂરી પાડવામાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, વિદ્યુત વોલ્ટેજ લાગુ કરીને અથવા તેને યોગ્ય તરંગલંબાઇના પ્રકાશથી ઇરેડિયેટ કરીને, તે ચમકવા લાગે છે," ટીયુ વિયેનાના સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રની સંસ્થામાંથી લુકાસ લિનહાર્ટ સમજાવે છે. “આ પોતે અસામાન્ય નથી, ઘણી સામગ્રી તે કરે છે. જો કે, જ્યારે ટંગસ્ટન ડિસેલેનાઇડ દ્વારા ઉત્સર્જિત પ્રકાશનું વિગતવાર વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું, ત્યારે સામાન્ય પ્રકાશ ઉપરાંત ખૂબ જ અસામાન્ય ગુણધર્મો ધરાવતો એક ખાસ પ્રકારનો પ્રકાશ મળી આવ્યો હતો."

આ વિશિષ્ટ પ્રકૃતિના ક્વોન્ટમ પ્રકાશમાં ચોક્કસ તરંગલંબાઇના ફોટોનનો સમાવેશ થાય છે - અને તે હંમેશા વ્યક્તિગત રીતે ઉત્સર્જિત થાય છે. એવું ક્યારેય થતું નથી કે એક જ તરંગલંબાઇના બે ફોટોન એક જ સમયે મળી આવે. "આ અમને જણાવે છે કે આ ફોટોન સામગ્રીમાં અવ્યવસ્થિત રીતે ઉત્પન્ન કરી શકાતા નથી, પરંતુ ટંગસ્ટન ડિસેલેનાઇડ નમૂનામાં ચોક્કસ બિંદુઓ હોવા જોઈએ જે આમાંથી ઘણા ફોટોન ઉત્પન્ન કરે છે, એક પછી એક," પ્રોફેસર ફ્લોરિયન લિબિશ સમજાવે છે, જેનું સંશોધન બે પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. - પરિમાણીય સામગ્રી.

આ અસરને સમજાવવા માટે ક્વોન્ટમ ભૌતિક સ્તર પર સામગ્રીમાં ઇલેક્ટ્રોનની વર્તણૂકની વિગતવાર સમજની જરૂર છે. ટંગસ્ટન ડિસેલેનાઇડમાં ઇલેક્ટ્રોન વિવિધ ઊર્જા અવસ્થાઓ પર કબજો કરી શકે છે. જો ઈલેક્ટ્રોન ઉચ્ચ ઊર્જાની સ્થિતિમાંથી નીચી ઊર્જાની સ્થિતિમાં બદલાય છે, તો ફોટોન ઉત્સર્જિત થાય છે. જો કે, નીચી ઉર્જા તરફ આ કૂદકો હંમેશા માન્ય નથી: ઇલેક્ટ્રોનને અમુક નિયમોનું પાલન કરવું પડે છે-વેગ અને કોણીય ગતિનું સંરક્ષણ.

આ સંરક્ષણ કાયદાઓને લીધે, ઉચ્ચ-ઊર્જા ક્વોન્ટમ અવસ્થામાં ઈલેક્ટ્રોન ત્યાં જ રહેવું જોઈએ-જ્યાં સુધી સામગ્રીમાં અમુક અપૂર્ણતાઓ ઊર્જા અવસ્થાઓને બદલવાની મંજૂરી ન આપે. "ટંગસ્ટન ડિસેલેનાઇડ સ્તર ક્યારેય સંપૂર્ણ નથી. કેટલાક સ્થળોએ, એક અથવા વધુ સેલેનિયમ પરમાણુ ગુમ થઈ શકે છે," લુકાસ લિનહાર્ટ કહે છે. "આ આ પ્રદેશમાં ઇલેક્ટ્રોન અવસ્થાઓની ઊર્જામાં પણ ફેરફાર કરે છે."

તદુપરાંત, સામગ્રી સ્તર સંપૂર્ણ પ્લેન નથી. ઓશીકું પર ફેલાયેલા ધાબળાની જેમ કરચલીઓ પડતી હોય છે, ટંગસ્ટન ડિસેલેનાઇડ જ્યારે નાના સપોર્ટ સ્ટ્રક્ચર્સ પર મટીરીયલ લેયર સસ્પેન્ડ કરવામાં આવે છે ત્યારે સ્થાનિક રીતે લંબાય છે. આ યાંત્રિક તાણ ઈલેક્ટ્રોનિક ઉર્જા અવસ્થાઓ પર પણ અસર કરે છે.

“સામગ્રીની ખામીઓ અને સ્થાનિક તાણની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા જટિલ છે. જો કે, હવે અમે કમ્પ્યુટર પર બંને અસરોનું અનુકરણ કરવામાં સફળ થયા છીએ,” લુકાસ લિનહાર્ટ કહે છે. "અને તે તારણ આપે છે કે ફક્ત આ અસરોનું સંયોજન વિચિત્ર પ્રકાશ અસરોને સમજાવી શકે છે."

સામગ્રીના તે માઇક્રોસ્કોપિક પ્રદેશો પર, જ્યાં ખામીઓ અને સપાટીના તાણ એકસાથે દેખાય છે, ઇલેક્ટ્રોનનું ઉર્જા સ્તર ઉચ્ચથી નીચી ઊર્જા સ્થિતિમાં બદલાય છે અને ફોટોન ઉત્સર્જન કરે છે. ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રના નિયમો એક જ સમયે બે ઇલેક્ટ્રોનને બરાબર એક જ સ્થિતિમાં રહેવાની મંજૂરી આપતા નથી, અને તેથી, ઇલેક્ટ્રોન એક પછી એક આ પ્રક્રિયામાંથી પસાર થવું જોઈએ. પરિણામે, ફોટોન પણ એક પછી એક ઉત્સર્જિત થાય છે.

તે જ સમયે, સામગ્રીની યાંત્રિક વિકૃતિ ખામીની નજીકમાં મોટી સંખ્યામાં ઇલેક્ટ્રોન એકઠા કરવામાં મદદ કરે છે જેથી છેલ્લું ઇલેક્ટ્રોન તેની સ્થિતિ બદલ્યા પછી અને ફોટોન ઉત્સર્જિત કર્યા પછી પ્રવેશ કરવા માટે સરળતાથી ઉપલબ્ધ થઈ શકે.

આ પરિણામ દર્શાવે છે કે અલ્ટ્રાથિન 2-ડી સામગ્રી સામગ્રી વિજ્ઞાન માટે સંપૂર્ણપણે નવી શક્યતાઓ ખોલે છે.