Wann e Stroum op eng dënn Schicht vu Wolfram-Diselenid applizéiert gëtt, fänkt se op eng héich ongewéinlech Manéier un. Nieft dem gewéinleche Liicht, dat aner Hallefleitmaterialien ausstrahlen kënnen, produzéiert Wolfram-Diselenid och eng ganz speziell Aart vu hellem Quanteliicht, dat nëmmen op spezifesche Punkte vum Material entsteet. Et besteet aus enger Serie vu Photonen, déi ëmmer een nom aneren ausgestraalt ginn - ni zu Pairen oder a Bongen. Dësen Anti-Bunching Effekt ass perfekt fir Experimenter am Beräich vun der Quanteinformatioun a Quantekryptering, wou eenzel Photonen erfuerderlech sinn. Wéi och ëmmer, fir Joer ass dës Emissioun e Geheimnis bliwwen.

Fuerscher vun der TU Wien hunn dat elo erkläert: Eng subtil Interaktioun vun eenzelen atomesche Mängel am materiellen a mechanesche Belaaschtung si fir dëse Quanteliichteffekt verantwortlech. Computersimulatioune weisen wéi d'Elektronen op spezifesch Plazen am Material gedriwwe ginn, wou se duerch e Defekt erfaasst ginn, Energie verléieren an e Photon emittéieren. D'Léisung fir de Quanteliichtpuzzel ass elo a Physical Review Letters publizéiert ginn.

Nëmmen dräi Atomer déck

Wolfram Diselenid ass en zweedimensional Material dat extrem dënn Schichten formt. Esou Schichten sinn nëmmen dräi atomarer Schichten décke, mat Wolfram Atomer an der Mëtt, mat Selen Atomer ënnert an uewen gekoppelt. "Wann Energie un d'Schicht geliwwert gëtt, zum Beispill duerch d'Uwendung vun enger elektrescher Spannung oder duerch d'Bestrahlung mat Liicht vun enger passender Wellelängt, fänkt se un ze blénken", erkläert de Lukas Linhart vum Institut fir Theoretesch Physik op der TU Wien. "Dëst u sech ass net ongewéinlech, vill Materialien maachen dat. Wéi awer d'Liicht vum Wolfram-Diselenid am Detail analyséiert gouf, gouf nieft dem gewéinleche Liicht och eng speziell Aart vu Liicht mat ganz ongewéinlechen Eegeschafte festgestallt.

Dëst speziellt Natur Quanteliicht besteet aus Photone vu spezifesche Wellelängten - a si ginn ëmmer individuell emittéiert. Et geschitt ni datt zwee Photone vun der selwechter Wellelängt zur selwechter Zäit festgestallt ginn. "Dëst seet eis, datt dës Photonen net zoufälleg am Material produzéiert kënne ginn, awer datt et bestëmmte Punkten an der Wolfram-Diselenid-Probe musse sinn, déi vill vun dëse Photonen een nom aneren produzéieren", erkläert de Professer Florian Libisch, deem seng Fuerschung sech op zwee konzentréiert. -dimensional Materialien.

Dësen Effekt z'erklären erfuerdert detailléiert Verständnis vum Verhalen vun den Elektronen am Material op quantephysikaleschen Niveau. Elektronen am Wolfram Diselenid kënne verschidden Energiezoustand besetzen. Wann en Elektron vun engem Zoustand vun héijer Energie an en Zoustand vun enger niddereger Energie ännert, gëtt e Photon emittéiert. Allerdéngs ass dëse Sprong op eng méi niddereg Energie net ëmmer erlaabt: Den Elektron muss sech u bestëmmte Gesetzer halen - d'Konservatioun vum Dréimoment a Wénkelmoment.

Wéinst dëse Conservatiounsgesetzer muss en Elektron an engem héijen Energie Quantezoustand do bleiwen - ausser wann bestëmmte Mängel am Material d'Energiezoustand änneren. "Eng Wolfram Diselenid Schicht ass ni perfekt. Op e puer Plazen kéinten een oder méi Selenatome feelen", seet de Lukas Linhart. "Dëst ännert och d'Energie vun den Elektronenstaaten an dëser Regioun."

Ausserdeem ass d'Materialschicht net e perfekte Fliger. Wéi eng Decken, déi Falten wann se iwwer e Këssen verbreet ass, streckt Wolfram Diselenid lokal, wann d'Materialschicht op kleng Ënnerstëtzungsstrukturen suspendéiert ass. Dës mechanesch Spannungen hunn och en Effekt op d'elektronesch Energiezoustand.

"D'Interaktioun vu materielle Mängel a lokale Stämme ass komplizéiert. Mir hunn et awer elo gelongen, béid Effekter op engem Computer ze simuléieren", seet de Lukas Linhart. "An et stellt sech eraus datt nëmmen d'Kombinatioun vun dësen Effekter déi komesch Liichteffekter erkläre kann."

An deene mikroskopesche Regioune vum Material, wou Mängel an Uewerflächestämme zesummen optrieden, änneren d'Energieniveauen vun den Elektronen vun engem héijen an en nidderegen Energiezoustand an emittéieren e Photon. D'Gesetzer vun der Quantephysik erlaaben zwee Elektronen net gläichzäiteg am selwechten Zoustand, an dofir mussen d'Elektronen dëse Prozess een nom aneren duerchgoen. Als Resultat ginn d'Fotonen och een nom aneren ausgestraalt.

Zur selwechter Zäit hëlleft d'mechanesch Verzerrung vum Material eng grouss Unzuel vun Elektronen an der Géigend vum Defekt ze sammelen, sou datt en aneren Elektron liicht verfügbar ass fir anzegoen nodeems dee leschte säin Zoustand geännert huet an e Photon emittéiert huet.

Dëst Resultat illustréiert datt ultradënn 2-D Materialien komplett nei Méiglechkeete fir d'Materialwëssenschaft opmaachen.