2020年7月14日
今天哥伦比亚工程和蒙大拿州立大学的研究人员报告,他们发现,在2 d放置足够的应变材料——钨联硒化物(WSe2)——创建本地化的州可以产生单光子发射。
使用复杂的光学显微镜技术开发的哥伦比亚大学在过去的三年里,团队能够直接形象这些州第一次暴露在室温下,即使他们是高度可调,作为量子点,严格限制的半导体发光。
“我们的发现是非常令人兴奋的,因为这意味着我们现在可以位置单光子发射体无论我们想要的,和优化它的属性,比如发射的光子的颜色,通过弯曲或紧张材料在特定的位置,”詹姆斯·舒克说,机械工程的副教授,今日发布的该研究自然纳米技术。
“知道在哪里以及如何调优单个光子发射器是至关重要的创建量子光学电路用于量子计算机,甚至在所谓的“量子”模拟器模拟物理现象过于复杂与当今的计算机模型。”
发展量子技术,如量子计算机和量子传感器是一个快速发展的领域的研究人员找出如何使用独特的量子物理属性创建的设备可以更有效,更快,比现有技术更敏感。例如,量子信息——认为加密消息将会更加安全。
光线是由离散的称为光子的,和光学量子技术依赖于单个光子的创建和操纵。
“例如,一个典型的绿色激光笔发出超过1016(1亿亿)光子每秒仅按的按钮,“尼古拉斯Borys指出,蒙大纳州立大学物理系助理教授和co-PI这项新研究。“但开发设备,只会产生一个翻转的控制光子开关是极其困难的。”
研究人员已经认识五年了,单光子发射体存在于超薄二维材料。欧洲杯足球竞彩他们发现了很多令人兴奋,因为单光子发射2 d材料可以更容易地调整,和更容易地集成到设备,比大多数其他的单光子发射。欧洲杯足球竞彩
但没有人理解底层的材料属性,导致这些2 d的单光子发射材料。欧洲杯足球竞彩“我们知道,单光子发射体的存在,但是我们不知道为什么,”舒克说。
在2019年发表的一篇论文出来集团的弗兰克·杨克,理论物理研究所教授不莱梅大学的德国,理论如何应变在泡沫会导致皱纹和本地化为单光子发射状态。
舒克关注传感和纳米结构和接口工程现象,立即与杨克合作感兴趣。
他和Borys想专注于小,纳米皱纹形成甜甜圈形状的泡沫中存在的这些超薄2 d层。泡沫,通常小口袋的液体或气体,被困在两层之间的二维材料,在材料和创建应变导致起皱。欧洲杯足球竞彩
舒克的组,2 d材料领域,面临一个重大的挑战在研究这些单光子发射的起源:欧洲杯足球竞彩纳米尺度下紧张的地区,它发出的光感兴趣,要小得多——约50000倍小于人类头发的厚度比与任何传统光学显微镜可以解决。
“这很难理解具体的材料单光子发射的结果:只是高应变-从缺陷隐藏在紧张地区——“该研究的主要作者汤姆·达林顿说,他是一个博士后和研究生研究员舒克前。“你需要光来观察这些州,但规模如此之小,以至于他们不能与标准显微镜研究。”
与其他实验室哥伦比亚纳米研究所合作,团队吸引了他们几十年的专业知识在纳米尺度的研究。他们用复杂的光学显微镜技术,包括新的显微镜功能,不仅看nano-bubbles,但即使里面。
他们的先进的显微技术“nano-optical”——“毫微秒示波器”——使他们与~ 10纳米分辨率图像这些材料,相比大约500海里与传统光学显微镜分辨率实现。欧洲杯足球竞彩
很多研究人员认为缺陷单光子发射源的二维材料,因为它们通常是在3 d材料,如钻石。欧洲杯足球竞彩
排除缺陷的作用,表明菌株仅可以在2 d负责单光子发射材料、舒克的小组研究了ultralow-defect材料由吉姆磨练的哥伦比亚工程集团同意材料科学与工程研究中心的一部分。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
他们还利用新的双层结构由可编程量子材料开发中心(美国能源部能源前沿研究中心),在一个平台,提供了定义良好的泡沫很容易学习和舒克的光学“毫微秒示波器。”欧洲杯足球竞彩
“量子缺陷往往是由于在这些材料本地化的光源发射,“欧洲杯足球竞彩Jeffrey Neaton说加州大学伯克利分校的物理学教授和能源科学实验室主任助理,劳伦斯伯克利国家实验室,他并没有参与这项研究。欧洲杯线上买球“重点仅在这工作压力,而不需要量子缺陷,可能影响[s]应用程序从低功率发光二极管的量子计算机。
舒克Borys,和他们的团队正在探索如何应变可以用来精确地调整这些单光子发射的特定属性,对工程和发展路径可寻址和可调数组这些未来量子技术的排放国。
“我们的研究结果意味着,完全可调,室温单光子发射现在在我们的掌握,为可控铺平了道路——实用量子光子设备”舒克说。”这些设备可以量子技术的基础,将深刻地改变计算、传感、和信息技术,因为我们知道它。”
关于这项研究
这项研究名为“成像strain-localized激子在单层纳米泡沫WSe2在室温下。”
作者:托马斯·p·达林顿1,基督教Carmesin 2,马提亚Florian 2, Emanuil Yanev 3 Obafunso Ajayi 3,珍妮Ardelean 3,丹尼尔·a·罗兹3,奥古斯托Ghiotto 4,安德烈Krayev 5,吴克群渡边6,隆谷口6,杰弗里·w·凯泽3 Abhay n Pasupathy 4, James c .磨练3,弗兰克·杨克2,尼古拉斯·j·Borys 7和p·詹姆斯·舒克3。
- 加州大学伯克利分校物理系
- 德国不莱梅大学理论物理研究所
- 机械工程系,哥伦比亚大学
- 哥伦比亚大学物理系
- Horiba科学、诺瓦托、CA
- 日本国家材料科学研究所、筑波欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
- 蒙大拿州立大学物理系
这项研究是主要是由美国国家科学基金会支持,材料研究分工,根据量子飞跃计划(nsf - 1838403欧洲杯线上买球)。欧洲杯足球竞彩
作者宣称没有利益冲突。
来源:https://engineering.columbia.edu/