Ученым из международной группы удалось расположить источники света в слоях материала, толщиной в несколько атомов, с точностью до нескольких нанометров.
В классических квантовых чипах для хранения информации используются электроны. Но для передачи сигнала фотоны могут быть более эффективными, поскольку они распространяются со скоростью света. Тем не менее, использование квантов света для передачи информации затруднено из-за необходимости точного контроля над качеством сигнала и количеством фотонов, излучаемых за единицу времени.
Сотрудничество ученых из Мюнхенского технического университета и специалистов из других стран попытались решить эту проблему. Они создали источники света толщиной в несколько атомов и смогли разместить их на поверхности с точностью в несколько нанометров. Критическим здесь стало именно контролируемое размещение источников света. Можно создавать квантовые источники света в обычных трехмерных материалах, таких как алмаз или кремний, но они не могут быть точно помещены в эти структуры.
Для проведения физических экспериментов был задействован слой полупроводникового дисульфида молибдена (MoS2), толщиной всего в три атома. Ученые облучали его пучком ионов гелия, сфокусированным на участке поверхности площадью менее одного нанометра. Благодаря этому стало возможным локально удалять из материала один или два атома серы или молибдена, формируя дефект. Этот дефект выступает в роли уловителя экситонов – квазичастиц, состоящих из электрона и дырки, – которые способны излучать фотоны при воздействии электрического тока.
Разработанная командами ученых модель позволяет теоретически объяснить энергетические состояния, регистрируемые в этих дефектах. В дальнейшем исследователи планируют создавать более сложные схемы освещения, например, в боковых двумерных структурах кристаллической решетки, чтобы изучать мультиэкзитонные процессы или необычные свойства материалов.
Ученые утверждают, что разработанные ими источники света могут найти применение не только в теоретических исследованиях, но и в квантовых вычислениях. Поскольку все источники света имеют идентичный основной дефект в используемом материале, они, в теории, неразличимы друг от друга. Это свойство позволяет создавать квантово запутанные состояния. Авторы исследования подчеркивают, что высокая чувствительность этих источников света открывает перспективы для разработки квантовых датчиков для смартфонов и создания чрезвычайно надежных технологий шифрования для защиты данных.