जेव्हा टंगस्टन डिसेलेनाइडच्या पातळ थरावर विद्युतप्रवाह लावला जातो तेव्हा ते अत्यंत असामान्य पद्धतीने चमकू लागते. सामान्य प्रकाशाव्यतिरिक्त, जे इतर अर्धसंवाहक पदार्थ उत्सर्जित करू शकतात, टंगस्टन डिसेलेनाइड देखील एक अतिशय विशिष्ट प्रकारचा चमकदार क्वांटम प्रकाश तयार करतो, जो केवळ सामग्रीच्या विशिष्ट बिंदूंवर तयार होतो. यात फोटॉनच्या मालिकेचा समावेश असतो जो नेहमी एकामागून एक उत्सर्जित होतो-कधीही जोड्यांमध्ये किंवा गुच्छांमध्ये नाही. हा अँटी-बंचिंग प्रभाव क्वांटम माहिती आणि क्वांटम क्रिप्टोग्राफीच्या क्षेत्रातील प्रयोगांसाठी योग्य आहे, जेथे एकल फोटॉन आवश्यक आहेत. मात्र, वर्षानुवर्षे हे उत्सर्जन एक गूढच राहिले आहे.

टीयू व्हिएन्ना येथील संशोधकांनी आता हे स्पष्ट केले आहे: सामग्रीमधील एकल अणू दोषांचा सूक्ष्म संवाद आणि यांत्रिक ताण या क्वांटम प्रकाश प्रभावासाठी जबाबदार आहेत. कॉम्प्युटर सिम्युलेशन दर्शविते की इलेक्ट्रॉन सामग्रीमधील विशिष्ट ठिकाणी कसे चालवले जातात, जेथे ते दोषाने पकडले जातात, ऊर्जा गमावतात आणि फोटॉन उत्सर्जित करतात. क्वांटम लाइट पझलचे निराकरण आता फिजिकल रिव्ह्यू लेटर्समध्ये प्रकाशित करण्यात आले आहे.

फक्त तीन अणू जाड

टंगस्टन डिसेलेनाइड ही द्विमितीय सामग्री आहे जी अत्यंत पातळ थर बनवते. असे थर फक्त तीन अणू स्तर जाड असतात, ज्यामध्ये मध्यभागी टंगस्टन अणू असतात, खाली आणि वर सेलेनियम अणू जोडलेले असतात. टीयू व्हिएन्ना येथील सैद्धांतिक भौतिकशास्त्र संस्थेतील लुकास लिनहार्ट स्पष्ट करतात, “जर थराला ऊर्जा पुरवली गेली असेल, उदाहरणार्थ विद्युत व्होल्टेज लागू करून किंवा योग्य तरंगलांबीच्या प्रकाशाने विकिरण करून, ती चमकू लागते.” “हे स्वतःच असामान्य नाही, अनेक साहित्य असे करतात. तथापि, जेव्हा टंगस्टन डिसेलेनाइडने उत्सर्जित केलेल्या प्रकाशाचे तपशीलवार विश्लेषण केले गेले तेव्हा सामान्य प्रकाशाव्यतिरिक्त अतिशय असामान्य गुणधर्म असलेला विशेष प्रकारचा प्रकाश आढळून आला.”

या विशेष निसर्गाच्या क्वांटम प्रकाशामध्ये विशिष्ट तरंगलांबींचे फोटॉन असतात - आणि ते नेहमी वैयक्तिकरित्या उत्सर्जित होतात. असे कधीच घडत नाही की एकाच तरंगलांबीचे दोन फोटॉन एकाच वेळी आढळतात. "हे आम्हाला सांगते की हे फोटॉन सामग्रीमध्ये यादृच्छिकपणे तयार केले जाऊ शकत नाहीत, परंतु टंगस्टन डिसेलेनाइड नमुन्यात काही विशिष्ट बिंदू असले पाहिजेत जे यापैकी अनेक फोटॉन तयार करतात, एकामागून एक," प्रोफेसर फ्लोरियन लिबिश स्पष्ट करतात, ज्यांचे संशोधन दोन गोष्टींवर केंद्रित आहे. - आयामी साहित्य.

हा प्रभाव स्पष्ट करण्यासाठी क्वांटम भौतिक स्तरावरील सामग्रीमधील इलेक्ट्रॉनच्या वर्तनाची तपशीलवार समज आवश्यक आहे. टंगस्टन डिसेलेनाइडमधील इलेक्ट्रॉन विविध ऊर्जा अवस्था व्यापू शकतात. जर इलेक्ट्रॉन उच्च उर्जेच्या स्थितीतून कमी उर्जेच्या स्थितीत बदलला तर फोटॉन उत्सर्जित होतो. तथापि, कमी ऊर्जेकडे ही उडी नेहमीच अनुमत नाही: इलेक्ट्रॉनला काही नियमांचे पालन करावे लागते- संवेग आणि कोनीय संवेग यांचे संरक्षण.

या संवर्धन कायद्यांमुळे, उच्च-ऊर्जा क्वांटम अवस्थेतील इलेक्ट्रॉन तेथेच राहणे आवश्यक आहे - जोपर्यंत सामग्रीमधील काही अपूर्णता ऊर्जा स्थिती बदलू देत नाहीत. “टंगस्टन डिसेलेनाइड थर कधीही परिपूर्ण नसतो. काही ठिकाणी, एक किंवा अधिक सेलेनियम अणू गहाळ असू शकतात," लुकास लिनहार्ट म्हणतात. "यामुळे या प्रदेशातील इलेक्ट्रॉन अवस्थांची उर्जा देखील बदलते."

शिवाय, मटेरियल लेयर एक परिपूर्ण विमान नाही. उशीवर पसरल्यावर सुरकुत्या पडणाऱ्या ब्लँकेटप्रमाणे, लहान सपोर्ट स्ट्रक्चर्सवर मटेरियल लेयर निलंबित केल्यावर टंगस्टन डिसेलेनाइड स्थानिक पातळीवर पसरते. या यांत्रिक ताणांचा इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा अवस्थांवरही परिणाम होतो.

“भौतिक दोष आणि स्थानिक ताण यांचा परस्परसंवाद गुंतागुंतीचा आहे. तथापि, आम्ही आता संगणकावर दोन्ही प्रभावांचे अनुकरण करण्यात यशस्वी झालो आहोत,” लुकास लिनहार्ट म्हणतात. "आणि असे दिसून आले की केवळ या प्रभावांचे संयोजन विचित्र प्रकाश प्रभावांचे स्पष्टीकरण देऊ शकते."

सामग्रीच्या त्या सूक्ष्म क्षेत्रांमध्ये, जेथे दोष आणि पृष्ठभागावरील ताण एकत्र दिसतात, इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा पातळी उच्च ते कमी ऊर्जा स्थितीत बदलते आणि फोटॉन उत्सर्जित करते. क्वांटम फिजिक्सचे नियम दोन इलेक्ट्रॉन्स एकाच वेळी एकाच अवस्थेत राहू देत नाहीत आणि म्हणूनच, इलेक्ट्रॉन्सना ही प्रक्रिया एकामागून एक करावी लागते. परिणामी, फोटॉन देखील एक एक करून उत्सर्जित केले जातात.

त्याच वेळी, सामग्रीच्या यांत्रिक विकृतीमुळे दोषाच्या परिसरात मोठ्या प्रमाणात इलेक्ट्रॉन जमा होण्यास मदत होते जेणेकरून शेवटच्या इलेक्ट्रॉनने त्याची स्थिती बदलल्यानंतर आणि फोटॉन उत्सर्जित केल्यानंतर दुसरा इलेक्ट्रॉन सहजतेने प्रवेश करण्यास उपलब्ध होईल.

हा परिणाम स्पष्ट करतो की अल्ट्राथिन 2-डी सामग्री भौतिक विज्ञानासाठी पूर्णपणे नवीन शक्यता उघडते.