Meta kurrent jiġi applikat għal saff irqiq ta 'diselenidu tat-tungstenu, jibda jiddi b'mod ferm mhux tas-soltu. Minbarra dawl ordinarju, li materjali semikondutturi oħra jistgħu jarmu, tungstenu diselenide jipproduċi wkoll tip speċjali ħafna ta 'dawl quantum qawwi, li jinħoloq biss f'punti speċifiċi tal-materjal. Tikkonsisti f’serje ta’ fotoni li dejjem jiġu emessi wieħed wieħed—qatt f’pari jew f’għenieqed. Dan l-effett kontra t-tgħaqqid huwa perfett għal esperimenti fil-qasam tal-informazzjoni kwantistika u l-kriptografija kwantistika, fejn huma meħtieġa fotoni singoli. Madankollu, għal snin sħaħ, din l-emissjoni baqgħet misteru.

Riċerkaturi fit-TU Vienna issa spjegaw dan: Interazzjoni sottili ta 'difetti atomiċi singoli fil-materjal u tensjoni mekkanika huma responsabbli għal dan l-effett tad-dawl quantum. Simulazzjonijiet tal-kompjuter juru kif l-elettroni huma misjuqa lejn postijiet speċifiċi fil-materjal, fejn jinqabdu minn difett, jitilfu l-enerġija u jarmu foton. Is-soluzzjoni għall-puzzle tad-dawl quantum issa ġiet ippubblikata f'Ittri ta 'Reviżjoni Fiżika.

Tliet atomi biss ħoxna

Id-diselenidu tat-tungstenu huwa materjal bidimensjonali li jifforma saffi estremament irqaq. Tali saffi huma biss tliet saffi atomiċi ħoxnin, b'atomi tat-tungstenu fin-nofs, akkoppjati ma 'atomi tas-selenju taħt u 'l fuq. "Jekk l-enerġija tiġi fornuta lis-saff, pereżempju billi jiġi applikat vultaġġ elettriku jew billi jiġi irradjat b'dawl ta 'wavelength adattat, jibda jiddi," jispjega Lukas Linhart mill-Istitut tal-Fiżika Teoretika fit-TU Vjenna. “Dan fih innifsu mhuwiex mhux tas-soltu, ħafna materjali jagħmlu dan. Madankollu, meta d-dawl mitfugħ mit-tungstenu diselenide ġie analizzat fid-dettall, minbarra dawl ordinarju ġie skopert tip speċjali ta’ dawl bi proprjetajiet mhux tas-soltu ħafna.”

Dan id-dawl quantum ta 'natura speċjali jikkonsisti f'fotoni ta' wavelengths speċifiċi—u huma dejjem emessi individwalment. Qatt ma jiġri li żewġ fotoni tal-istess wavelength jiġu skoperti fl-istess ħin. "Dan jgħidilna li dawn il-fotoni ma jistgħux jiġu prodotti bl-addoċċ fil-materjal, iżda li għandu jkun hemm ċerti punti fil-kampjun tad-diselenidu tat-tungstenu li jipproduċu ħafna minn dawn il-fotoni, wieħed wara l-ieħor," jispjega l-Professur Florian Libisch, li r-riċerka tiegħu tiffoka fuq żewġ -materjali dimensjonali.

L-ispjegazzjoni ta 'dan l-effett teħtieġ fehim dettaljat ta' l-imġieba ta 'l-elettroni fil-materjal fuq livell fiżiku quantum. Elettroni fid-diselenidu tat-tungstenu jistgħu jokkupaw stati ta 'enerġija differenti. Jekk elettron jinbidel minn stat ta 'enerġija għolja għal stat ta' enerġija aktar baxxa, foton jiġi emess. Madankollu, din il-qabża għal enerġija aktar baxxa mhux dejjem hija permessa: L-elettron irid jaderixxi ma 'ċerti liġijiet—il-konservazzjoni tal-momentum u l-momentum angolari.

Minħabba dawn il-liġijiet ta 'konservazzjoni, elettron fi stat ta' quantum ta 'enerġija għolja għandu jibqa' hemm—sakemm ċerti imperfezzjonijiet fil-materjal ma jippermettux li l-istati tal-enerġija jinbidlu. “Saff tad-diselenidu tat-tungstenu qatt mhu perfett. F'xi postijiet, atomu wieħed jew aktar tas-selenju jista 'jkun nieqes,” jgħid Lukas Linhart. "Dan ibiddel ukoll l-enerġija tal-istati tal-elettroni f'dan ir-reġjun."

Barra minn hekk, is-saff tal-materjal mhuwiex pjan perfett. Bħal kutra li tikmix meta tinfirex fuq investi, id-diselenidu tat-tungstenu jinfirex lokalment meta s-saff tal-materjal ikun sospiż fuq strutturi ta 'appoġġ żgħar. Dawn it-tensjonijiet mekkaniċi għandhom ukoll effett fuq l-istati tal-enerġija elettronika.

"L-interazzjoni ta 'difetti materjali u razez lokali hija kkumplikata. Madankollu, issa rnexxielna nisimulaw iż-żewġ effetti fuq kompjuter,” jgħid Lukas Linhart. "U jirriżulta li l-kombinazzjoni ta 'dawn l-effetti biss tista' tispjega l-effetti strambi tad-dawl."

F'dawk ir-reġjuni mikroskopiċi tal-materjal, fejn id-difetti u r-razez tal-wiċċ jidhru flimkien, il-livelli tal-enerġija tal-elettroni jinbidlu minn stat ta 'enerġija għolja għal wieħed baxx u jarmu foton. Il-liġijiet tal-fiżika kwantistika ma jippermettux li żewġ elettroni jkunu eżattament fl-istess stat fl-istess ħin, u għalhekk, l-elettroni għandhom jgħaddu minn dan il-proċess wieħed wieħed. Bħala riżultat, il-fotoni jiġu emessi wieħed wieħed, ukoll.

Fl-istess ħin, id-distorsjoni mekkanika tal-materjal tgħin biex jakkumula numru kbir ta 'elettroni fil-viċinanza tad-difett sabiex elettron ieħor ikun faċilment disponibbli biex jidħol wara li l-aħħar wieħed ikun bidel l-istat tiegħu u ħareġ foton.

Dan ir-riżultat juri li materjali ultrathin 2-D jiftħu possibbiltajiet kompletament ġodda għax-xjenza tal-materjali.