Երբ հոսանք է կիրառվում վոլֆրամի դիզելենիդի բարակ շերտի վրա, այն սկսում է փայլել խիստ անսովոր ձևով: Բացի սովորական լույսից, որը կարող են արձակել այլ կիսահաղորդչային նյութերը, վոլֆրամի դիզելենիդը նաև արտադրում է վառ քվանտային լույսի շատ հատուկ տեսակ, որը ստեղծվում է միայն նյութի որոշակի կետերում: Այն բաղկացած է մի շարք ֆոտոններից, որոնք միշտ արտանետվում են մեկ առ մեկ՝ երբեք զույգերով կամ փնջերով։ Այս հակափակման էֆեկտը կատարյալ է քվանտային տեղեկատվության և քվանտային գաղտնագրության ոլորտում փորձերի համար, որտեղ անհրաժեշտ են միայնակ ֆոտոններ: Այնուամենայնիվ, տարիներ շարունակ այս արտանետումը մնում է առեղծված:

Վիեննայի TU-ի հետազոտողները հիմա բացատրել են սա. Քվանտային լույսի այս էֆեկտի համար պատասխանատու են նյութի առանձին ատոմային արատների նուրբ փոխազդեցությունը և մեխանիկական լարվածությունը: Համակարգչային սիմուլյացիաները ցույց են տալիս, թե ինչպես են էլեկտրոնները տեղափոխվում նյութի որոշակի վայրեր, որտեղ դրանք գրավվում են արատով, կորցնում էներգիան և արտանետում ֆոտոն: Քվանտային լույսի գլուխկոտրուկի լուծումն այժմ հրապարակվել է Physical Review Letters-ում:

Միայն երեք ատոմ հաստությամբ

Վոլֆրամի դիզելենիդը երկչափ նյութ է, որը կազմում է չափազանց բարակ շերտեր: Այդպիսի շերտերն ունեն միայն երեք ատոմային շերտերի հաստություն, որոնց մեջտեղում վոլֆրամի ատոմներ են, ներքևում և վերևում սելենի ատոմներին միացված: «Եթե շերտին էներգիա է մատակարարվում, օրինակ՝ էլեկտրական լարման կիրառմամբ կամ համապատասխան ալիքի երկարության լույսով ճառագայթելով այն, այն սկսում է փայլել», - բացատրում է Լուկաս Լինհարթը TU Վիեննայի տեսական ֆիզիկայի ինստիտուտից: «Սա ինքնին արտասովոր չէ, շատ նյութեր դա անում են։ Այնուամենայնիվ, երբ վոլֆրամի դիզելենիդի արձակած լույսը մանրամասն վերլուծվեց, սովորական լույսից բացի հայտնաբերվեց հատուկ տեսակի լույս՝ շատ անսովոր հատկություններով»:

Այս հատուկ բնույթի քվանտային լույսը բաղկացած է որոշակի ալիքի երկարությունների ֆոտոններից, և դրանք միշտ արտանետվում են առանձին: Երբեք չի պատահում, որ նույն ալիքի երկարության երկու ֆոտոն միաժամանակ հայտնաբերվեն։ «Սա մեզ ասում է, որ այս ֆոտոնները չեն կարող պատահականորեն արտադրվել նյութում, բայց որ վոլֆրամ դիզելենիդի նմուշում պետք է լինեն որոշակի կետեր, որոնք արտադրում են այս ֆոտոններից շատերը մեկը մյուսի հետևից», - բացատրում է պրոֆեսոր Ֆլորիան Լիբիշը, որի հետազոտությունը կենտրոնանում է երկուսի վրա: - ծավալային նյութեր.

Այս էֆեկտի բացատրությունը պահանջում է քվանտային ֆիզիկական մակարդակում նյութի էլեկտրոնների վարքագծի մանրամասն պատկերացում: Վոլֆրամի դիզելենիդի էլեկտրոնները կարող են զբաղեցնել տարբեր էներգետիկ վիճակներ։ Եթե ​​էլեկտրոնը բարձր էներգիայի վիճակից փոխվում է ավելի ցածր էներգիայի վիճակի, ապա արտանետվում է ֆոտոն։ Այնուամենայնիվ, այս թռիչքը դեպի ավելի ցածր էներգիա միշտ չէ, որ թույլատրվում է. էլեկտրոնը պետք է պահպանի որոշակի օրենքներ՝ իմպուլսի և անկյունային իմպուլսի պահպանում:

Պահպանման այս օրենքների շնորհիվ բարձր էներգիայի քվանտային վիճակում գտնվող էլեկտրոնը պետք է մնա այնտեղ, քանի դեռ նյութի որոշ թերություններ թույլ չեն տալիս փոխվել էներգիայի վիճակները: «Վոլֆրամի դիզելենիդի շերտը երբեք կատարյալ չէ: Որոշ վայրերում սելենիումի մեկ կամ մի քանի ատոմ կարող է բացակայել»,- ասում է Լուկաս Լինհարթը: «Սա նաև փոխում է այս տարածաշրջանի էլեկտրոնային վիճակների էներգիան»:

Ավելին, նյութական շերտը կատարյալ հարթություն չէ։ Ինչպես վերմակը, որը բարձի վրա փռվելիս կնճռոտվում է, վոլֆրամի դիզելենիդը ձգվում է տեղայնորեն, երբ նյութի շերտը կախված է փոքր օժանդակ կառույցների վրա: Այս մեխանիկական սթրեսները նույնպես ազդում են էլեկտրոնային էներգիայի վիճակների վրա:

«Նյութական թերությունների և տեղային շտամների փոխազդեցությունը բարդ է: Այնուամենայնիվ, այժմ մեզ հաջողվել է համակարգչի վրա մոդելավորել երկու էֆեկտները», - ասում է Լուկաս Լինհարթը: «Եվ պարզվում է, որ միայն այս էֆեկտների համակցությունը կարող է բացատրել տարօրինակ լուսային էֆեկտները»:

Նյութի այն մանրադիտակային հատվածներում, որտեղ թերությունները և մակերևութային շտամները հայտնվում են միասին, էլեկտրոնների էներգիայի մակարդակները բարձր էներգիայի վիճակից փոխվում են ցածր էներգիայի վիճակի և արտանետում ֆոտոն: Քվանտային ֆիզիկայի օրենքները թույլ չեն տալիս, որ երկու էլեկտրոնները լինեն նույն վիճակում, և, հետևաբար, էլեկտրոնները պետք է հերթով անցնեն այս գործընթացը: Արդյունքում ֆոտոններն էլ մեկ առ մեկ արտանետվում են։

Միևնույն ժամանակ, նյութի մեխանիկական աղավաղումը օգնում է կուտակել մեծ թվով էլեկտրոններ թերության շրջակայքում, որպեսզի մեկ այլ էլեկտրոն հեշտությամբ հասանելի լինի ներս մտնելու համար, երբ վերջինը փոխել է իր վիճակը և արտանետել ֆոտոն:

Այս արդյունքը ցույց է տալիս, որ չափազանց բարակ 2-D նյութերը բացում են բոլորովին նոր հնարավորություններ նյութագիտության համար: