जब टंगस्टन डिसेलेनाइडको पातलो तहमा करेन्ट लगाइन्छ, यो एकदमै असामान्य शैलीमा चम्कन थाल्छ। सामान्य प्रकाशको अतिरिक्त, जुन अन्य अर्धचालक सामग्रीहरूले उत्सर्जन गर्न सक्छन्, टंगस्टन डिसेलेनाइडले पनि एक धेरै विशेष प्रकारको उज्यालो क्वान्टम प्रकाश उत्पादन गर्दछ, जुन सामग्रीको विशिष्ट बिन्दुहरूमा मात्र सिर्जना गरिन्छ। यसमा फोटानको शृङ्खलाहरू हुन्छन् जुन सधैं एक-एक गरेर उत्सर्जित हुन्छन्—कहिल्यै जोडीमा वा गुच्छाहरूमा हुँदैन। यो एन्टी-बन्चिङ प्रभाव क्वान्टम जानकारी र क्वान्टम क्रिप्टोग्राफीको क्षेत्रमा प्रयोगहरूको लागि उपयुक्त छ, जहाँ एकल फोटोनहरू आवश्यक छन्। तर, वर्षौंदेखि यो उत्सर्जन रहस्य नै बनेको छ ।

TU भियनाका अन्वेषकहरूले अब यो व्याख्या गरेका छन्: सामग्री र मेकानिकल तनावमा एकल परमाणु दोषहरूको सूक्ष्म अन्तरक्रिया यस क्वान्टम प्रकाश प्रभावको लागि जिम्मेवार छन्। कम्प्यूटर सिमुलेशनले देखाउँछ कि कसरी इलेक्ट्रोनहरू सामग्रीमा विशिष्ट स्थानहरूमा संचालित हुन्छन्, जहाँ तिनीहरू दोषद्वारा कब्जा हुन्छन्, ऊर्जा गुमाउँछन् र फोटान उत्सर्जन गर्छन्। क्वान्टम लाइट पजलको समाधान अब फिजिकल रिभ्यु लेटरमा प्रकाशित गरिएको छ।

केवल तीन परमाणु बाक्लो

टंगस्टन डिसेलेनाइड दुई-आयामी सामग्री हो जसले अत्यन्त पातलो तहहरू बनाउँछ। त्यस्ता तहहरू केवल तीन आणविक तहहरू मोटो हुन्छन्, बीचमा टंगस्टन परमाणुहरू, तल र माथि सेलेनियम परमाणुहरूसँग जोडिएको हुन्छ। "यदि तहमा ऊर्जा आपूर्ति गरिन्छ, उदाहरणका लागि, विद्युतीय भोल्टेज लागू गरेर वा उपयुक्त तरंग दैर्ध्यको प्रकाशले विकिरण गरेर, यो चम्कन थाल्छ," TU भियनाको सैद्धान्तिक भौतिकी संस्थानका लुकास लिनहार्ट बताउँछन्। "यो आफैमा असामान्य होइन, धेरै सामग्रीहरूले त्यसो गर्छन्। यद्यपि, जब टंगस्टन डिसेलेनाइडबाट उत्सर्जित प्रकाशलाई विस्तृत रूपमा विश्लेषण गरिएको थियो, सामान्य प्रकाशको अतिरिक्त धेरै असामान्य गुणहरू भएको एक विशेष प्रकारको प्रकाश पत्ता लाग्यो।

यो विशेष प्रकृति क्वान्टम प्रकाश विशिष्ट तरंग दैर्ध्यका फोटनहरू समावेश गर्दछ - र तिनीहरू सधैं व्यक्तिगत रूपमा उत्सर्जित हुन्छन्। एकै समयमा एउटै तरंग दैर्ध्यका दुई फोटोनहरू पत्ता लगाइन्छ भन्ने कहिल्यै हुँदैन। "यसले हामीलाई बताउँछ कि यी फोटोनहरू सामग्रीमा अनियमित रूपमा उत्पादन गर्न सकिँदैन, तर टंगस्टन डिसेलेनाइड नमूनामा निश्चित बिन्दुहरू हुनुपर्दछ जसले यी धेरै फोटोनहरू एकपछि अर्को गरी उत्पादन गर्दछ," प्रोफेसर फ्लोरियन लिबिस्च बताउँछन्, जसको अनुसन्धान दुईमा केन्द्रित छ। - आयामी सामग्री।

यस प्रभावको व्याख्या गर्न क्वान्टम भौतिक स्तरमा सामग्रीमा इलेक्ट्रोनहरूको व्यवहारको विस्तृत बुझाइ आवश्यक छ। टंगस्टन डिसेलेनाइडमा रहेका इलेक्ट्रोनहरूले विभिन्न ऊर्जा अवस्थाहरू ओगट्न सक्छन्। यदि एक इलेक्ट्रोन उच्च ऊर्जाको अवस्थाबाट कम ऊर्जाको अवस्थामा परिवर्तन हुन्छ, एक फोटोन उत्सर्जित हुन्छ। यद्यपि, यो तल्लो ऊर्जामा जम्प गर्न सधैं अनुमति छैन: इलेक्ट्रोनले निश्चित नियमहरू पालन गर्नुपर्दछ - गति र कोणीय गतिको संरक्षण।

यी संरक्षण कानूनहरूको कारणले गर्दा, उच्च-ऊर्जा क्वान्टम अवस्थामा इलेक्ट्रोन त्यहाँ रहनु पर्छ - जबसम्म सामग्रीमा केही अपूर्णताहरूले ऊर्जा अवस्थाहरूलाई परिवर्तन गर्न अनुमति दिँदैन। "टंगस्टन डिसेलेनाइड तह कहिल्यै सिद्ध हुँदैन। केही ठाउँहरूमा, एक वा बढी सेलेनियम परमाणुहरू हराइरहेको हुन सक्छ, "लुकास लिनहार्ट भन्छन्। "यसले यस क्षेत्रमा इलेक्ट्रोन राज्यहरूको ऊर्जा पनि परिवर्तन गर्दछ।"

यसबाहेक, सामग्री तह एक उत्तम विमान छैन। तकियामा फैलिएको कम्बल जस्तै, साना समर्थन संरचनाहरूमा सामग्री तह निलम्बित हुँदा टंगस्टन डिसेलेनाइड स्थानीय रूपमा फैलिन्छ। यी मेकानिकल तनावहरूले इलेक्ट्रोनिक ऊर्जा राज्यहरूमा पनि प्रभाव पार्छ।

"सामग्री दोष र स्थानीय तनाव को अन्तरक्रिया जटिल छ। यद्यपि, हामी अब कम्प्युटरमा दुवै प्रभावहरू सिमुलेट गर्न सफल भएका छौं, "लुकास लिनहार्ट भन्छन्। "र यो बाहिर जान्छ कि यी प्रभावहरूको संयोजनले मात्र अजीब प्रकाश प्रभावहरू व्याख्या गर्न सक्छ।"

सामग्रीको ती सूक्ष्म क्षेत्रहरूमा, जहाँ दोषहरू र सतह तनावहरू एकसाथ देखा पर्दछ, इलेक्ट्रोनहरूको ऊर्जा स्तर उच्चबाट न्यून ऊर्जा अवस्थामा परिवर्तन हुन्छ र फोटान उत्सर्जन गर्दछ। क्वान्टम फिजिक्सको नियमले दुई इलेक्ट्रोनहरूलाई एकै समयमा ठीक एउटै अवस्थामा हुन अनुमति दिँदैन, र त्यसैले, इलेक्ट्रोनहरूले यो प्रक्रिया एक-एक गरेर गुजर्नु पर्छ। नतिजाको रूपमा, फोटोनहरू एक एक गरेर उत्सर्जित हुन्छन्।

एकै समयमा, सामग्रीको मेकानिकल विरूपणले दोषको वरिपरि ठूलो संख्यामा इलेक्ट्रोनहरू जम्मा गर्न मद्दत गर्दछ ताकि अर्को इलेक्ट्रोनले आफ्नो अवस्था परिवर्तन गरेपछि र फोटोन उत्सर्जन गरेपछि अर्को इलेक्ट्रोन सजिलैसँग उपलब्ध हुन्छ।

यो नतिजाले देखाउँछ कि अल्ट्राथिन 2-डी सामग्रीले सामग्री विज्ञानको लागि पूर्ण रूपमा नयाँ सम्भावनाहरू खोल्छ।