Volfram diselenidin nazik təbəqəsinə cərəyan tətbiq edildikdə, o, olduqca qeyri-adi bir şəkildə parlamağa başlayır. Digər yarımkeçirici materialların buraxa biləcəyi adi işıqdan əlavə, volfram diselenidi də materialın yalnız müəyyən nöqtələrində yaradılan çox xüsusi bir parlaq kvant işığı istehsal edir. O, həmişə bir-bir yayılan bir sıra fotonlardan ibarətdir - heç vaxt cüt və ya dəstə halında deyil. Bu anti-bunching effekti tək fotonların tələb olunduğu kvant məlumatı və kvant kriptoqrafiyası sahəsində təcrübələr üçün mükəmməldir. Ancaq illərdir bu emissiya sirr olaraq qalır.

Vyana TU-nun tədqiqatçıları indi bunu izah etdilər: Bu kvant işıq effekti üçün maddi və mexaniki gərginlikdəki tək atom qüsurlarının incə qarşılıqlı təsiri cavabdehdir. Kompüter simulyasiyaları elektronların materialdakı müəyyən yerlərə necə sürüldüyünü, bir qüsurla tutulduqlarını, enerji itirdiklərini və foton yaydıqlarını göstərir. Kvant işıq tapmacasının həlli indi Physical Review Letters-də dərc olunub.

Yalnız üç atom qalınlığı

Volfram diselenidi son dərəcə nazik təbəqələr əmələ gətirən iki ölçülü materialdır. Belə təbəqələr yalnız üç atom təbəqəsi qalınlığındadır, ortada volfram atomları, aşağıda və yuxarıda selenium atomları ilə birləşdirilmişdir. Vyana TU Nəzəri Fizika İnstitutundan Lukas Linhart belə izah edir: "Əgər enerji təbəqəyə, məsələn, elektrik gərginliyi tətbiq edilməklə və ya uyğun dalğa uzunluğunun işığı ilə şüalanması ilə verilirsə, o parlamağa başlayır". “Bu, özlüyündə qeyri-adi deyil, bir çox materiallar bunu edir. Bununla belə, volfram diselenidin buraxdığı işıq ətraflı təhlil edildikdə, adi işıqdan əlavə, çox qeyri-adi xüsusiyyətlərə malik xüsusi bir işıq növü aşkar edildi”.

Bu xüsusi təbiət kvant işığı spesifik dalğa uzunluqlu fotonlardan ibarətdir və onlar həmişə ayrı-ayrılıqda yayılır. Eyni dalğa uzunluğunda iki fotonun eyni vaxtda aşkarlanması heç vaxt baş vermir. "Bu, bizə bu fotonların materialda təsadüfi istehsal oluna bilməyəcəyini, ancaq volfram diselenid nümunəsində bu fotonların çoxunu bir-birinin ardınca istehsal edən müəyyən nöqtələrin olması lazım olduğunu göstərir" dedi. - ölçülü materiallar.

Bu effekti izah etmək kvant fiziki səviyyədə materialdakı elektronların davranışını ətraflı başa düşməyi tələb edir. Volfram diselenidindəki elektronlar müxtəlif enerji vəziyyətlərini tuta bilər. Elektron yüksək enerjili vəziyyətdən aşağı enerjili vəziyyətə keçirsə, bir foton buraxılır. Ancaq daha aşağı enerjiyə bu sıçrayış həmişə icazə verilmir: Elektron müəyyən qanunlara riayət etməlidir - impuls və bucaq impulsunun qorunması.

Bu qorunma qanunlarına görə, yüksək enerjili kvant vəziyyətində olan bir elektron orada qalmalıdır - materialdakı müəyyən qüsurlar enerji vəziyyətlərinin dəyişməsinə imkan vermədikdə. “Volfram diselenid təbəqəsi heç vaxt mükəmməl deyil. Bəzi yerlərdə bir və ya bir neçə selenium atomu əskik ola bilər,” Lukas Linhart deyir. "Bu, bu bölgədəki elektron vəziyyətlərinin enerjisini də dəyişir."

Üstəlik, maddi təbəqə mükəmməl bir müstəvi deyil. Yastığa səpildikdə qırışan ədyal kimi, volfram diselenid material təbəqəsi kiçik dayaq strukturlarına asıldıqda yerli olaraq uzanır. Bu mexaniki gərginliklər elektron enerji vəziyyətlərinə də təsir edir.

“Material qüsurları ilə yerli gərginliklərin qarşılıqlı əlaqəsi mürəkkəbdir. Bununla belə, biz indi hər iki effekti kompüterdə simulyasiya etməyə müvəffəq olduq”, Lukas Linhart deyir. "Və belə çıxır ki, yalnız bu effektlərin birləşməsi qəribə işıq effektlərini izah edə bilər."

Qüsurların və səthi deformasiyaların birlikdə göründüyü materialın mikroskopik bölgələrində elektronların enerji səviyyələri yüksəkdən aşağı enerji vəziyyətinə dəyişir və bir foton yayır. Kvant fizikasının qanunları iki elektronun eyni anda tam eyni vəziyyətdə olmasına imkan vermir və buna görə də elektronlar bu prosesdən bir-bir keçməlidirlər. Nəticədə fotonlar da bir-bir yayılır.

Eyni zamanda, materialın mexaniki təhrifi qüsurun yaxınlığında çoxlu sayda elektronun yığılmasına kömək edir ki, sonuncusu vəziyyətini dəyişdikdən və bir foton buraxdıqdan sonra başqa bir elektron asanlıqla daxil ola bilər.

Bu nəticə onu göstərir ki, ultra nazik 2-D materialları materialşünaslıq üçün tamamilə yeni imkanlar açır.