Meta kurrent jiġi applikat għal saff irqiq ta 'diselenidu tat-tungstenu, jibda jiddi b'mod ferm mhux tas-soltu.Minbarra dawl ordinarju, li materjali semikondutturi oħra jistgħu jarmu, tungstenu diselenide jipproduċi wkoll tip speċjali ħafna ta 'dawl quantum qawwi, li jinħoloq biss f'punti speċifiċi tal-materjal.Tikkonsisti f’serje ta’ fotoni li dejjem jiġu emessi wieħed wieħed—qatt f’pari jew f’għenieqed.Dan l-effett kontra t-tgħaqqid huwa perfett għal esperimenti fil-qasam tal-informazzjoni kwantistika u l-kriptografija kwantistika, fejn huma meħtieġa fotoni singoli.Madankollu, għal snin sħaħ, din l-emissjoni baqgħet misteru.

Riċerkaturi fit-TU Vienna issa spjegaw dan: Interazzjoni sottili ta 'difetti atomiċi singoli fil-materjal u tensjoni mekkanika huma responsabbli għal dan l-effett tad-dawl quantum.Simulazzjonijiet tal-kompjuter juru kif l-elettroni huma misjuqa lejn postijiet speċifiċi fil-materjal, fejn jinqabdu minn difett, jitilfu l-enerġija u jarmu foton.Is-soluzzjoni għall-puzzle tad-dawl quantum issa ġiet ippubblikata f'Ittri ta 'Reviżjoni Fiżika.

Tliet atomi biss ħoxna

Tungstenu diselenide huwa materjal bidimensjonali li jifforma saffi estremament irqaq.Tali saffi huma biss tliet saffi atomiċi ħoxnin, b'atomi tat-tungstenu fin-nofs, akkoppjati ma 'atomi tas-selenju taħt u 'l fuq."Jekk l-enerġija tiġi fornuta lis-saff, pereżempju billi jiġi applikat vultaġġ elettriku jew billi jiġi irradjat b'dawl ta 'wavelength adattat, jibda jiddi," jispjega Lukas Linhart mill-Istitut tal-Fiżika Teoretika fit-TU Vjenna.“Dan fih innifsu mhuwiex mhux tas-soltu, ħafna materjali jagħmlu dan.Madankollu, meta d-dawl mitfugħ mit-tungstenu diselenide ġie analizzat fid-dettall, minbarra dawl ordinarju ġie skopert tip speċjali ta’ dawl bi proprjetajiet mhux tas-soltu ħafna.”

Dan id-dawl quantum ta 'natura speċjali jikkonsisti f'fotoni ta' wavelengths speċifiċi—u huma dejjem emessi individwalment.Qatt ma jiġri li żewġ fotoni tal-istess wavelength jiġu skoperti fl-istess ħin."Dan jgħidilna li dawn il-fotoni ma jistgħux jiġu prodotti bl-addoċċ fil-materjal, iżda li għandu jkun hemm ċerti punti fil-kampjun tad-diselenidu tat-tungstenu li jipproduċu ħafna minn dawn il-fotoni, wieħed wara l-ieħor," jispjega l-Professur Florian Libisch, li r-riċerka tiegħu tiffoka fuq żewġ -materjali dimensjonali.

L-ispjegazzjoni ta 'dan l-effett teħtieġ fehim dettaljat ta' l-imġieba ta 'l-elettroni fil-materjal fuq livell fiżiku quantum.Elettroni fid-diselenidu tat-tungstenu jistgħu jokkupaw stati ta 'enerġija differenti.Jekk elettron jinbidel minn stat ta 'enerġija għolja għal stat ta' enerġija aktar baxxa, foton jiġi emess.Madankollu, din il-qabża għal enerġija aktar baxxa mhux dejjem hija permessa: L-elettron irid jaderixxi ma 'ċerti liġijiet—il-konservazzjoni tal-momentum u l-momentum angolari.

Minħabba dawn il-liġijiet ta 'konservazzjoni, elettron fi stat ta' quantum ta 'enerġija għolja għandu jibqa' hemm—sakemm ċerti imperfezzjonijiet fil-materjal ma jippermettux li l-istati tal-enerġija jinbidlu.“Saff tad-diselenidu tat-tungstenu qatt mhu perfett.F'xi postijiet, atomu wieħed jew aktar tas-selenju jista 'jkun nieqes,” jgħid Lukas Linhart."Dan ibiddel ukoll l-enerġija tal-istati tal-elettroni f'dan ir-reġjun."

Barra minn hekk, is-saff tal-materjal mhuwiex pjan perfett.Bħal kutra li tikmix meta tinfirex fuq investi, id-diselenidu tat-tungstenu jinfirex lokalment meta s-saff tal-materjal ikun sospiż fuq strutturi ta 'appoġġ żgħar.Dawn it-tensjonijiet mekkaniċi għandhom ukoll effett fuq l-istati tal-enerġija elettronika.

"L-interazzjoni ta 'difetti materjali u razez lokali hija kkumplikata.Madankollu, issa rnexxielna nisimulaw iż-żewġ effetti fuq kompjuter,” jgħid Lukas Linhart."U jirriżulta li l-kombinazzjoni ta 'dawn l-effetti biss tista' tispjega l-effetti strambi tad-dawl."

F'dawk ir-reġjuni mikroskopiċi tal-materjal, fejn id-difetti u r-razez tal-wiċċ jidhru flimkien, il-livelli tal-enerġija tal-elettroni jinbidlu minn stat ta 'enerġija għolja għal wieħed baxx u jarmu foton.Il-liġijiet tal-fiżika kwantistika ma jippermettux li żewġ elettroni jkunu eżattament fl-istess stat fl-istess ħin, u għalhekk, l-elettroni għandhom jgħaddu minn dan il-proċess wieħed wieħed.Bħala riżultat, il-fotoni jiġu emessi wieħed wieħed, ukoll.

Fl-istess ħin, id-distorsjoni mekkanika tal-materjal tgħin biex jakkumula numru kbir ta 'elettroni fil-viċinanza tad-difett sabiex elettron ieħor ikun faċilment disponibbli biex jidħol wara li l-aħħar wieħed ikun bidel l-istat tiegħu u ħareġ foton.

Dan ir-riżultat juri li materjali ultrathin 2-D jiftħu possibbiltajiet kompletament ġodda għax-xjenza tal-materjali.