Ученые обсуждают создание управляемых источников квантового света

Исследователи научились создавать и включать квантовые источники света в сверхтонком материале с высокой точностью. Работа с гексагональным нитридом бора позволила определить атомную структуру синего квантового излучателя и управлять его появлением в нужных точках, сообщили в Argonne National Laboratory.

Квантовые излучатели можно сравнить с миниатюрными переключателями, которые выпускают частицы света по одной. Они возникают из-за нарушений в атомной структуре материала и могут быть полезны для сверхточных датчиков, защищенной связи и квантовых вычислительных систем.

Долгое время ученым было сложно находить такие объекты и управлять ими. Проблема заключалась в том, что световые свойства излучателей зависят от атомного строения, которое трудно напрямую рассмотреть.

Как пояснил научный сотрудник Джиангуо Вен, для изучения свечения обычно требовались более толстые образцы, а для анализа атомной структуры — более тонкие. Это осложняло сопоставление оптического поведения и расположения атомов.

Для решения этой задачи специалисты использовали электронный микроскоп QuEEN. С его помощью они облучали материал узким потоком электронов, из-за чего он начинал светиться. Цвет и яркость свечения помогали определить состав источника и связанные с ним дефекты.

Ученые установили, что при скручивании слоев материала под определенными углами сигнал от источников света усиливался до 120 раз. Это позволило определить их положение с точностью менее 10 нанометров.

В результате исследователи выяснили, что за синее свечение в гексагональном нитриде бора отвечает пара атомов углерода, расположенных друг над другом. Такой объект называют углеродным димером.

Важным итогом работы стало то, что ученые научились создавать эти излучатели в заданных местах. Для этого в материал добавляли углерод, а затем активировали нужные участки электронным пучком.

По словам исследователя Томаса Гейджа, связь между атомной структурой и испускаемым светом открыла путь к точному проектированию квантовых излучателей. Ученые теперь могут создавать и настраивать их с помощью электронного пучка.

Другой участник работы, Бенджамин Диролл, отметил, что возможность точно размещать такие источники фотонов имеет большое значение для будущих квантовых устройств.

Новая технология может помочь производить материалы с заранее заданными свойствами и размещать их в нужных местах на микросхемах. Это важно для дальнейшего развития квантовой электроники и фотонных устройств.

При этом внедрение разработки пока ограничено высокой стоимостью оборудования. Микроскоп QuEEN существует в единственном экземпляре и стоит миллионы долларов. Однако сами излучатели создаются в доступном материале, что в перспективе может снизить стоимость будущих изделий.

До этой работы квантовые источники света часто появлялись случайно, поскольку связь между свечением и атомной структурой была недостаточно понятна. Теперь ученым удалось добиться точности размещения менее 10 нанометров.

Тем не менее остаются нерешенные вопросы. Пока результат получен только для одного типа синего излучателя. Кроме того, ученым предстоит изучить срок службы таких источников света и риск повреждения материала сильным электронным пучком.

Рекомендуем также:

1. Май станет месяцем настоящего счастья: этим трём знакам зодиака судьба приготовила щедрые сюрпризы
2. Деньги сами начнут идти в руки: астролог назвала самый прибыльный период этой весны
3. Эти три знака зодиака будут жить как императоры: май 2026 принесёт им богатство и роскошную жизнь
4. Борщ получается ярко-красным и невероятно вкусным: секреты приготовления, которые знали ещё наши бабушки
5. Муравьи исчезают с участка всего за 15 минут: 4 деревенских способа работают лучше дорогой химии