微小气泡实现了量子飞跃:量子技术和未天富登录网址来光子电路的关键突破

时间:2020-08-11 05:40 作者:http://zdtnx.com.cn/ 分享到:
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利用精密的光学显微镜技术,哥伦比亚大学的工程师首次证明了在二维材料中充分的应变可以产生单光子发射器,这是量子技术和未来光子电路的关键。
 
哥伦比亚工程学院和蒙大拿州立大学的研究人员今天报告说,他们发现在二维材料——钨二烯(WSe2)中放置足够的张力,可以产生可以产生单光子发射器的局部状态。利用哥伦比亚大学过去3年开发的精密光学显微镜技术,该团队第一次能够直接成像这些状态,揭示出即使在室温下,它们也具有高度可调性,天富登录网址并像量子点一样发挥作用,量子点是被严格限制的发光半导体片段。
 
“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·舒克副教授机械工程,该研究发表在7月13日,2020年在《自然纳米技术。“知道在哪里以及如何调谐单光子发射器,对于创建用于量子计算机的量子光学电路至关重要,甚至在所谓的‘量子’模拟器中也很重要。量子模拟器模拟的物理现象过于复杂,用今天的计算机无法模拟。”
 
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发展量子技术,如量子计算机和量子传感器,是一个快速发展的研究领域,因为研究人员发现如何利用量子物理的独特特性,创造出比现有技术更高效、更快、更灵敏的设备。例如,量子信息——比如加密的信息——将更加安全。
 
光是由被称为光子的分立的能量包组成的,而基于光的量子技术依赖于单个光子的创造和操纵。蒙大拿州立大学的物理学助理教授兼这项新研究的合作者Nicholas Borys指出:“例如,一个典型的绿色激光笔仅仅按下一个按钮,每秒就会发出超过1016个光子。”“但是,开发一种只需扳动开关就能产生单个可控光子的设备是极其困难的。
 
研究人员五年前就知道,单光子发射器存在于超薄的2D材料中。他们的发现令人兴奋,因为与大多数其他单光子发射器相比,二维材料中的单光子发射器更容易调谐,更容易集成到设备中。但没有人了解导致这些二维材料中单光子发射的基本材料特性。“我们知道单光子发射器的存在,但我们不知道为什么,天富登录网址”Schuck说。
 
2019年,德国不莱梅大学理论物理研究所教授弗兰克·扬克(Frank Jahnke)的团队发表了一篇论文,从理论上阐述了气泡中的张力如何导致单光子发射的褶皱和局部状态。专注于纳米结构和界面产生的传感和工程现象的Schuck,立即对与Jahnke的合作产生了兴趣。他和Borys想把重点放在超薄的二维层中气泡周围形成的微小的纳米级皱纹上。这些气泡,通常是困在两层二维材料之间的流体或气体的小口袋,会在材料中产生张力,导致起皱。
 
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:纳米尺度下紧张的地区,它发出的光的兴趣,更smaller-roughly小于50000倍的厚度可以解决人类的头发比任何传统的光学显微镜。
 
“这使得我们很难理解材料中导致单光子发射的具体原因:仅仅是高应变吗?”是由于缺陷隐藏在紧张区域?该研究的主要作者汤姆·达林顿(Tom Darlington)说,他是舒克的一名博士后和前研究生研究员。“你需要光线来观察这些状态,但它们的尺寸太小,无法用标准显微镜来研究。”
 
该团队与哥伦比亚纳米研究所的其他实验室合作,利用了他们数十年来在纳米尺度研究方面的专业知识。他们使用复杂的光学显微镜技术,包括他们新的显微镜功能,不仅观察纳米气泡,而且观察气泡内部。他们先进的“纳米光学”显微技术——他们的“纳米管”——使他们能够以10nm的分辨率成像这些材料,而传统的光学显微镜可以达到大约500nm的分辨率。
 
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