Гянт болд диеленидын нимгэн давхаргад гүйдэл хэрэглэх үед энэ нь маш ер бусын хэлбэрээр гэрэлтэж эхэлдэг. Бусад хагас дамжуулагч материалаас ялгарах энгийн гэрлээс гадна вольфрам диеленид нь зөвхөн тухайн материалын тодорхой цэгүүдэд бий болдог маш онцгой төрлийн тод квант гэрлийг үүсгэдэг. Энэ нь үргэлж нэг нэгээр нь ялгардаг хэд хэдэн фотонуудаас бүрддэг бөгөөд хэзээ ч хосоороо эсвэл багцаар нь ялгардаггүй. Энэхүү бөөгнөрөлийн эсрэг эффект нь дан фотон шаардлагатай квант мэдээлэл, квант криптографийн чиглэлээр туршилт хийхэд тохиромжтой. Гэсэн хэдий ч олон жилийн турш энэ ялгаруулалт нууц хэвээр байна.

Венийн TU-ийн судлаачид үүнийг одоо тайлбарлав: Материалын нэг атомын согогийн нарийн харилцан үйлчлэл ба механик омог нь энэхүү квант гэрлийн эффектийг хариуцдаг. Компьютерийн симуляци нь электронууд материалын тодорхой газруудад хэрхэн хөдөлж, тэдгээр нь согогийн улмаас баригдаж, энерги алдаж, фотон ялгаруулдаг болохыг харуулдаг. Квантын гэрлийн оньсого таавар одоо Физик тойм захидалд нийтлэгдсэн байна.

Зөвхөн гурван атомын зузаантай

Вольфрамын диеленид нь маш нимгэн давхарга үүсгэдэг хоёр хэмжээст материал юм. Ийм давхаргууд нь ердөө гурван атомын давхаргын зузаантай бөгөөд дунд хэсэгт нь вольфрамын атомууд, доор ба түүнээс дээш селенийн атомуудтай нийлдэг. "Хэрэв цахилгаан хүчдэл өгөх эсвэл тохирох долгионы урттай гэрлээр цацруулах замаар давхаргад энерги нийлүүлбэл гэрэлтэж эхэлдэг" гэж Венийн TU-ийн Онолын Физикийн Хүрээлэнгийн ажилтан Лукас Линхарт тайлбарлав. "Энэ нь өөрөө ер бусын зүйл биш, олон материал үүнийг хийдэг. Гэвч вольфрамын диеленидийн ялгаруулж буй гэрлийг нарийвчлан шинжилж үзэхэд энгийн гэрлээс гадна маш ер бусын шинж чанартай тусгай төрлийн гэрлийг илрүүлсэн.”

Энэхүү тусгай байгалийн квант гэрэл нь тодорхой долгионы урттай фотонуудаас бүрдэх ба тэдгээр нь үргэлж тус тусад нь ялгардаг. Ижил долгионы урттай хоёр фотон нэгэн зэрэг илрэх нь хэзээ ч тохиолддоггүй. "Энэ нь эдгээр фотоныг материалд санамсаргүй байдлаар үүсгэх боломжгүй, харин вольфрамын диеленидын дээжинд эдгээр олон фотоныг нэг нэгээр нь үүсгэдэг тодорхой цэгүүд байх ёстой гэдгийг бидэнд хэлж байна" гэж хоёр судалгаанд анхаарлаа хандуулдаг профессор Флориан Либиш тайлбарлав. - хэмжээст материал.

Энэ нөлөөг тайлбарлахын тулд квант физикийн түвшинд материал дахь электронуудын зан төлөвийг нарийвчлан ойлгох шаардлагатай. Гянт болд диеленид дэх электронууд нь янз бүрийн энергийн төлөвийг эзэлдэг. Хэрэв электрон өндөр энергитэй байдлаас бага энергитэй төлөвт шилжвэл фотон ялгардаг. Гэсэн хэдий ч бага энерги рүү үсрэхийг үргэлж зөвшөөрдөггүй: электрон тодорхой хуулийг дагаж мөрдөх ёстой - импульс ба өнцгийн импульс хадгалагдах.

Эдгээр хадгалалтын хуулиудын дагуу өндөр энергитэй квант төлөвт байгаа электрон тэнд үлдэх ёстой - хэрэв материалын тодорхой дутагдал нь энергийн төлөвийг өөрчлөхийг зөвшөөрөхгүй бол. "Гянт болд диеленидын давхарга хэзээ ч төгс байдаггүй. Зарим газарт нэг буюу хэд хэдэн селенийн атом байхгүй байж магадгүй" гэж Лукас Линхарт хэлэв. "Энэ нь мөн энэ бүс дэх электрон төлөвүүдийн энергийг өөрчилдөг."

Түүнээс гадна материаллаг давхарга нь төгс хавтгай биш юм. Дэрэн дээр дэлгэхэд үрчлээтдэг хөнжил шиг вольфрамын диеленид нь материалын давхарга нь жижиг тулгуур байгууламж дээр түдгэлзсэн үед орон нутагтаа сунадаг. Эдгээр механик стрессүүд нь электрон энергийн төлөв байдалд бас нөлөөлдөг.

“Материалын согог ба орон нутгийн омгийн харилцан үйлчлэл нь төвөгтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч бид одоо компьютер дээрх хоёр эффектийг дуурайж чадсан" гэж Лукас Линхарт хэлэв. "Тэгээд эдгээр эффектүүдийн хослол л хачирхалтай гэрлийн эффектийг тайлбарлаж чадах нь харагдаж байна."

Согог ба гадаргуугийн омог хамт гарч ирдэг материалын микроскопийн хэсгүүдэд электронуудын энергийн түвшин ихээс бага энергитэй болж өөрчлөгдөж, фотон ялгаруулдаг. Квантын физикийн хуулиуд нь хоёр электроныг нэгэн зэрэг яг ижил төлөвт байлгахыг зөвшөөрдөггүй тул электронууд энэ процессыг нэг нэгээр нь хийх ёстой. Үүний үр дүнд фотонууд нэг нэгээр нь ялгардаг.

Үүний зэрэгцээ, материалын механик гажуудал нь согогийн ойролцоо олон тооны электроныг хуримтлуулахад тусалдаг бөгөөд ингэснээр сүүлчийнх нь төлөвөө өөрчилж, фотон ялгарсны дараа өөр электрон орж ирэхэд бэлэн байдаг.

Энэхүү үр дүн нь хэт нимгэн 2 хэмжээст материалууд нь материалын шинжлэх ухаанд цоо шинэ боломжуудыг нээж байгааг харуулж байна.