Volfram diselenidining yupqa qatlamiga oqim qo'llanilganda, u juda g'ayrioddiy tarzda porlashni boshlaydi. Boshqa yarimo'tkazgichli materiallar chiqarishi mumkin bo'lgan oddiy yorug'likdan tashqari, volfram diselenidi ham materialning ma'lum nuqtalarida yaratilgan yorqin kvant nurining juda o'ziga xos turini ishlab chiqaradi. U har doim birma-bir chiqariladigan bir qator fotonlardan iborat - hech qachon juft yoki to'da. Ushbu anti-bunching effekti kvant axboroti va kvant kriptografiyasi sohasidagi tajribalar uchun juda mos keladi, bu erda yagona fotonlar talab qilinadi. Biroq, yillar davomida bu emissiya sirligicha qolmoqda.

TU Vena tadqiqotchilari buni endi tushuntirdilar: moddiy va mexanik kuchlanishdagi yagona atom nuqsonlarining nozik o'zaro ta'siri bu kvant yorug'lik effekti uchun javobgardir. Kompyuter simulyatsiyalari elektronlar materialning ma'lum joylariga qanday surilishini ko'rsatadi, bu erda ular nuqson bilan ushlanib, energiya yo'qotadi va foton chiqaradi. Kvant yorug'lik boshqotirmasining yechimi endi Physical Review Letters jurnalida chop etildi.

Faqat uchta atom qalinligi

Volfram diselenidi juda nozik qatlamlarni hosil qiluvchi ikki o'lchovli materialdir. Bunday qatlamlar faqat uchta atom qatlamidan iborat bo'lib, o'rtada volfram atomlari, quyida va yuqorida selen atomlari bilan bog'langan. "Agar qatlamga energiya, masalan, elektr kuchlanishini qo'llash yoki mos to'lqin uzunligidagi yorug'lik bilan nurlantirish orqali etkazib berilsa, u porlashni boshlaydi", deb tushuntiradi TU Vena nazariy fizika institutidan Lukas Linxart. “Bu o'z-o'zidan g'alati emas, ko'p materiallar buni qiladi. Biroq, volfram diselenidi chiqaradigan yorug'lik batafsil tahlil qilinganda, oddiy yorug'likdan tashqari, juda g'ayrioddiy xususiyatlarga ega bo'lgan maxsus yorug'lik turi aniqlandi.

Bu maxsus tabiat kvant nuri ma'lum to'lqin uzunlikdagi fotonlardan iborat bo'lib, ular har doim alohida-alohida chiqariladi. Bir vaqtning o'zida bir xil to'lqin uzunligidagi ikkita foton aniqlanishi hech qachon sodir bo'lmaydi. "Bu bizga ushbu fotonlarni materialda tasodifiy ishlab chiqarish mumkin emasligini, ammo volfram diselenidi namunasida ushbu fotonlarning ko'pini birin-ketin ishlab chiqaradigan ma'lum nuqtalar bo'lishi kerakligini aytadi", deb tushuntiradi professor Florian Libish, tadqiqoti ikkita mavzuga qaratilgan. - o'lchovli materiallar.

Ushbu ta'sirni tushuntirish materialdagi elektronlarning kvant fizik darajasidagi xatti-harakatlarini batafsil tushunishni talab qiladi. Volfram diselenididagi elektronlar turli energiya holatlarini egallashi mumkin. Agar elektron yuqori energiyali holatdan past energiyali holatga o'tsa, foton chiqariladi. Biroq, har doim ham pastroq energiyaga sakrashga yo'l qo'yilmaydi: elektron ma'lum qonunlarga - impuls va burchak momentumining saqlanishiga rioya qilishi kerak.

Ushbu saqlanish qonunlariga ko'ra, yuqori energiyali kvant holatidagi elektron u erda qolishi kerak - agar materialdagi ba'zi kamchiliklar energiya holatini o'zgartirishga imkon bermasa. “Volfram diselenid qatlami hech qachon mukammal bo'lmaydi. Ba'zi joylarda bir yoki bir nechta selen atomlari etishmayotgan bo'lishi mumkin ", deydi Lukas Linxart. "Bu mintaqadagi elektron holatlarning energiyasini ham o'zgartiradi."

Bundan tashqari, moddiy qatlam mukammal tekislik emas. Yostiq ustiga yoyilganda ajinlar paydo bo'ladigan adyolga o'xshab, volfram diselenidi material qatlami kichik qo'llab-quvvatlovchi tuzilmalarda to'xtatilganda mahalliy darajada cho'ziladi. Ushbu mexanik kuchlanishlar elektron energiya holatlariga ham ta'sir qiladi.

“Material nuqsonlar va mahalliy shtammlarning o'zaro ta'siri murakkab. Biroq, biz hozir ikkala effektni ham kompyuterda taqlid qilishga muvaffaq bo'ldik”, - deydi Lukas Linxart. "Va ma'lum bo'lishicha, faqat ushbu effektlarning kombinatsiyasi g'alati yorug'lik effektlarini tushuntirishi mumkin."

Materialning nuqsonlar va sirt shtammlari birga paydo bo'ladigan mikroskopik hududlarida elektronlarning energiya darajalari yuqoridan past energiya holatiga o'zgaradi va foton chiqaradi. Kvant fizikasi qonunlari ikkita elektronning bir vaqtning o'zida aynan bir xil holatda bo'lishiga yo'l qo'ymaydi va shuning uchun elektronlar bu jarayondan birma-bir o'tishi kerak. Natijada, fotonlar ham birma-bir chiqariladi.

Shu bilan birga, materialning mexanik buzilishi nuqson yaqinida ko'p sonli elektronlarning to'planishiga yordam beradi, shuning uchun oxirgisi o'z holatini o'zgartirgandan va fotonni chiqargandan so'ng, boshqa elektron kirish uchun qulay bo'ladi.

Bu natija shuni ko'rsatadiki, ultra yupqa 2 o'lchovli materiallar materialshunoslik uchun mutlaqo yangi imkoniyatlar ochadi.