Wakati sasa inatumiwa kwenye safu nyembamba ya tungsten diselenide, huanza kuangaza kwa mtindo usio wa kawaida sana. Mbali na mwanga wa kawaida, ambayo vifaa vingine vya semiconductor vinaweza kutoa, tungsten diselenide pia hutoa aina maalum sana ya mwanga mkali wa quantum, ambayo huundwa tu kwa pointi maalum za nyenzo. Inajumuisha mfululizo wa fotoni ambazo kila mara hutolewa moja baada ya nyingine—kamwe kamwe kwa jozi au kwa makundi. Athari hii ya kuzuia kuunganisha ni sawa kwa majaribio katika uwanja wa taarifa ya quantum na cryptography ya quantum, ambapo photoni moja inahitajika. Walakini, kwa miaka mingi, utoaji huu umebaki kuwa siri.

Watafiti katika TU Vienna sasa wameelezea hili: Mwingiliano wa hila wa kasoro moja ya atomiki katika nyenzo na aina ya mitambo inawajibika kwa athari hii ya mwanga wa quantum. Uigaji wa kompyuta unaonyesha jinsi elektroni zinavyoendeshwa kwa maeneo maalum katika nyenzo, ambapo zinakamatwa na kasoro, kupoteza nishati na kutoa fotoni. Suluhisho la fumbo la quantum light sasa limechapishwa katika Barua za Mapitio ya Kimwili.

Atomi tatu tu nene

Tungsten diselenide ni nyenzo ya pande mbili ambayo huunda tabaka nyembamba sana. Tabaka kama hizo ni safu tatu za atomiki zenye unene, na atomi za tungsten katikati, zikiunganishwa na atomi za selenium chini na juu. "Ikiwa nishati hutolewa kwa safu, kwa mfano kwa kutumia voltage ya umeme au kwa kuiwasha kwa mwanga wa urefu unaofaa, huanza kuangaza," anaelezea Lukas Linhart kutoka Taasisi ya Fizikia ya Kinadharia katika TU Vienna. "Hii yenyewe sio kawaida, vifaa vingi hufanya hivyo. Hata hivyo, wakati mwanga unaotolewa na tungsten diselenide ulipochanganuliwa kwa kina, pamoja na mwanga wa kawaida aina maalum ya mwanga yenye sifa zisizo za kawaida iligunduliwa.”

Mwanga huu maalum wa quantum unajumuisha fotoni za urefu mahususi wa mawimbi—na kila mara hutolewa moja moja. Haifanyiki kamwe kwamba fotoni mbili za urefu sawa wa wimbi hugunduliwa kwa wakati mmoja. "Hii inatuambia kwamba fotoni hizi haziwezi kuzalishwa kwa nasibu katika nyenzo, lakini lazima kuwe na alama fulani katika sampuli ya diselenide ya tungsten ambayo hutoa fotoni nyingi hizi, moja baada ya nyingine," anafafanua Profesa Florian Libisch, ambaye utafiti wake unazingatia mbili. -vifaa vya dimensional.

Kuelezea athari hii kunahitaji uelewa wa kina wa tabia ya elektroni katika nyenzo kwenye kiwango cha kimwili cha quantum. Elektroni katika tungsten diselenide inaweza kuchukua majimbo tofauti ya nishati. Ikiwa elektroni inabadilika kutoka kwa hali ya juu ya nishati hadi hali ya chini ya nishati, photon hutolewa. Hata hivyo, kuruka huku kwa nishati ya chini haruhusiwi kila wakati: Elektroni inapaswa kuzingatia sheria fulani-uhifadhi wa kasi na kasi ya angular.

Kwa sababu ya sheria hizi za uhifadhi, elektroni katika hali ya kiwango cha juu cha nishati lazima ibaki hapo-isipokuwa kutokamilika kwa nyenzo huruhusu hali ya nishati kubadilika. "Safu ya diselenide ya tungsten sio kamili. Katika baadhi ya maeneo, atomi moja au zaidi ya seleniamu inaweza kukosa,” anasema Lukas Linhart. "Hii pia inabadilisha nishati ya majimbo ya elektroni katika eneo hili."

Aidha, safu ya nyenzo sio ndege kamili. Kama blanketi inayokunjamana inapotandazwa juu ya mto, diselenide ya tungsten hutanuka ndani wakati safu ya nyenzo imesimamishwa kwenye miundo midogo ya kuhimili. Mikazo hii ya mitambo pia ina athari kwenye majimbo ya nishati ya elektroniki.

"Muingiliano wa kasoro za nyenzo na aina za ndani ni ngumu. Hata hivyo, sasa tumefaulu kuiga athari zote mbili kwenye kompyuta,” asema Lukas Linhart. "Na inabadilika kuwa mchanganyiko tu wa athari hizi unaweza kuelezea athari za mwangaza wa ajabu."

Katika sehemu hizo za microscopic za nyenzo, ambapo kasoro na matatizo ya uso huonekana pamoja, viwango vya nishati vya elektroni hubadilika kutoka juu hadi hali ya chini ya nishati na hutoa photon. Sheria za fizikia ya quantum haziruhusu elektroni mbili kuwa katika hali sawa kwa wakati mmoja, na kwa hiyo, elektroni lazima zipitie mchakato huu moja kwa moja. Kama matokeo, fotoni hutolewa moja baada ya nyingine, vile vile.

Wakati huo huo, uharibifu wa mitambo ya nyenzo husaidia kukusanya idadi kubwa ya elektroni karibu na kasoro ili elektroni nyingine inapatikana kwa urahisi ili kuingilia baada ya mwisho kubadilisha hali yake na kutoa photon.

Tokeo hili linaonyesha kuwa nyenzo za 2-D za juu hufungua uwezekano mpya kabisa wa sayansi ya nyenzo.