जब टंगस्टन डिसेलेनाइड की एक पतली परत पर करंट लगाया जाता है, तो यह अत्यधिक असामान्य तरीके से चमकने लगती है।सामान्य प्रकाश के अलावा, जिसे अन्य अर्धचालक सामग्री उत्सर्जित कर सकती है, टंगस्टन डिसेलेनाइड एक बहुत ही विशेष प्रकार की उज्ज्वल क्वांटम रोशनी भी पैदा करता है, जो केवल सामग्री के विशिष्ट बिंदुओं पर बनाई जाती है।इसमें फोटॉनों की एक श्रृंखला होती है जो हमेशा एक-एक करके उत्सर्जित होते हैं - कभी जोड़े में या गुच्छों में नहीं।यह एंटी-बंचिंग प्रभाव क्वांटम सूचना और क्वांटम क्रिप्टोग्राफी के क्षेत्र में प्रयोगों के लिए बिल्कुल सही है, जहां एकल फोटॉन की आवश्यकता होती है।हालाँकि, वर्षों से यह उत्सर्जन एक रहस्य बना हुआ है।

टीयू वियना के शोधकर्ताओं ने अब इसे समझाया है: सामग्री और यांत्रिक तनाव में एकल परमाणु दोषों की सूक्ष्म बातचीत इस क्वांटम प्रकाश प्रभाव के लिए जिम्मेदार है।कंप्यूटर सिमुलेशन दिखाते हैं कि कैसे इलेक्ट्रॉनों को सामग्री में विशिष्ट स्थानों पर ले जाया जाता है, जहां वे एक दोष द्वारा पकड़ लिए जाते हैं, ऊर्जा खो देते हैं और एक फोटॉन उत्सर्जित करते हैं।क्वांटम प्रकाश पहेली का समाधान अब फिजिकल रिव्यू लेटर्स में प्रकाशित किया गया है।

केवल तीन परमाणु मोटे

टंगस्टन डिसेलेनाइड एक द्वि-आयामी सामग्री है जो बेहद पतली परतें बनाती है।ऐसी परतें केवल तीन परमाणु परतें मोटी होती हैं, बीच में टंगस्टन परमाणु होते हैं, जो नीचे और ऊपर सेलेनियम परमाणुओं से जुड़े होते हैं।टीयू वियना में सैद्धांतिक भौतिकी संस्थान के लुकास लिनहार्ट बताते हैं, "अगर परत को ऊर्जा की आपूर्ति की जाती है, उदाहरण के लिए विद्युत वोल्टेज लगाकर या उपयुक्त तरंग दैर्ध्य के प्रकाश के साथ विकिरण करके, तो यह चमकना शुरू हो जाता है।"“यह अपने आप में असामान्य नहीं है, कई सामग्रियां ऐसा करती हैं।हालाँकि, जब टंगस्टन डिसेलेनाइड द्वारा उत्सर्जित प्रकाश का विस्तार से विश्लेषण किया गया, तो साधारण प्रकाश के अलावा बहुत ही असामान्य गुणों वाले एक विशेष प्रकार के प्रकाश का पता चला।

इस विशेष प्रकृति क्वांटम प्रकाश में विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के फोटॉन होते हैं - और वे हमेशा व्यक्तिगत रूप से उत्सर्जित होते हैं।ऐसा कभी नहीं होता कि एक ही समय में समान तरंग दैर्ध्य के दो फोटॉन का पता लगाया जाए।"यह हमें बताता है कि इन फोटॉनों को सामग्री में बेतरतीब ढंग से उत्पादित नहीं किया जा सकता है, लेकिन टंगस्टन डिसेलेनाइड नमूने में कुछ निश्चित बिंदु होने चाहिए जो इनमें से कई फोटॉनों को एक के बाद एक उत्पन्न करते हैं," प्रोफेसर फ्लोरियन लिबिश बताते हैं, जिनका शोध दो पर केंद्रित है -आयामी सामग्री.

इस प्रभाव को समझाने के लिए क्वांटम भौतिक स्तर पर सामग्री में इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार की विस्तृत समझ की आवश्यकता होती है।टंगस्टन डिसेलेनाइड में इलेक्ट्रॉन विभिन्न ऊर्जा अवस्थाओं पर कब्जा कर सकते हैं।यदि कोई इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा की अवस्था से निम्न ऊर्जा की अवस्था में परिवर्तित होता है, तो एक फोटॉन उत्सर्जित होता है।हालाँकि, कम ऊर्जा की ओर इस छलांग की हमेशा अनुमति नहीं होती है: इलेक्ट्रॉन को कुछ नियमों का पालन करना होता है - गति और कोणीय गति का संरक्षण।

इन संरक्षण कानूनों के कारण, उच्च-ऊर्जा क्वांटम अवस्था में एक इलेक्ट्रॉन को वहीं रहना चाहिए - जब तक कि सामग्री में कुछ खामियाँ ऊर्जा अवस्थाओं को बदलने की अनुमति न दें।“टंगस्टन डिसेलेनाइड परत कभी भी सही नहीं होती है।कुछ स्थानों पर, एक या अधिक सेलेनियम परमाणु गायब हो सकते हैं,'' लुकास लिनहार्ट कहते हैं।"इससे इस क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन राज्यों की ऊर्जा भी बदल जाती है।"

इसके अलावा, सामग्री परत एक आदर्श समतल नहीं है।एक कंबल की तरह जो तकिये पर फैलाने पर सिकुड़ जाता है, टंगस्टन डिसेलेनाइड स्थानीय रूप से तब फैलता है जब सामग्री की परत छोटी समर्थन संरचनाओं पर निलंबित हो जाती है।इन यांत्रिक तनावों का इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा अवस्थाओं पर भी प्रभाव पड़ता है।

“भौतिक दोषों और स्थानीय उपभेदों की परस्पर क्रिया जटिल है।हालाँकि, अब हम कंप्यूटर पर दोनों प्रभावों का अनुकरण करने में सफल हो गए हैं,'' लुकास लिनहार्ट कहते हैं।"और यह पता चला है कि केवल इन प्रभावों का संयोजन ही अजीब प्रकाश प्रभावों की व्याख्या कर सकता है।"

सामग्री के उन सूक्ष्म क्षेत्रों में, जहां दोष और सतह तनाव एक साथ दिखाई देते हैं, इलेक्ट्रॉनों का ऊर्जा स्तर उच्च से निम्न ऊर्जा अवस्था में बदल जाता है और एक फोटॉन उत्सर्जित करता है।क्वांटम भौतिकी के नियम दो इलेक्ट्रॉनों को एक ही समय में बिल्कुल एक ही स्थिति में होने की अनुमति नहीं देते हैं, और इसलिए, इलेक्ट्रॉनों को एक-एक करके इस प्रक्रिया से गुजरना होगा।परिणामस्वरूप, फोटॉन भी एक-एक करके उत्सर्जित होते हैं।

साथ ही, सामग्री का यांत्रिक विरूपण दोष के आसपास बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉनों को जमा करने में मदद करता है ताकि पिछले इलेक्ट्रॉन के अपनी स्थिति बदलने और एक फोटॉन उत्सर्जित करने के बाद एक और इलेक्ट्रॉन आसानी से उपलब्ध हो सके।

यह परिणाम दर्शाता है कि अति पतली 2-डी सामग्री सामग्री विज्ञान के लिए पूरी तरह से नई संभावनाएं खोलती है।