Fysiker från universitetet i Würzburg har utformat en ljuskälla som avger fotonpar, som är särskilt väl lämpade för tryckskyddad datakryptering. Experimentets huvudingredienser:en halvledarkristall och lite tejp.

Så kallade monoskikt är kärnan i forskningsverksamheten. Dessa så kallade "supermaterial" har varit omgivna av hype under det senaste decenniet. Detta beror på att de visar ett stort löfte att revolutionera många fysikområden.

Inom fysiken, termen "monoskikt" avser fasta material med minimal tjocklek. Ibland, det är bara ett enda lager av atomer tjockt; i kristaller, monoskikt kan vara tre eller flera lager. Experter talar också om tvådimensionella material. I denna form, monoskikt kan uppvisa oväntade egenskaper som gör dem intressanta för forskning. De så kallade övergångsmetalldikalkogeniderna (TMDC) är särskilt lovande. De beter sig som halvledare och kan användas för att tillverka extremt små och energieffektiva chips, till exempel.

Dessutom, TMDC kan generera ljus när de försörjs med energi. Dr Christian Schneider, Professor Sven Höfling och deras forskargrupp från ordföranden för teknisk fysik vid Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) i Bayern, Tyskland, har utnyttjat exakt denna effekt för sina experiment.

Experimenten började med tejp

Först, ett monoskikt producerades med en enkel metod. Forskarna använde en bit tejp för att skala en flerskiktsfilm från en TMDC-kristall. Med samma procedur, de tog bort allt tunnare lager från filmen, upprepa processen tills materialet på tejpen bara var ett lager tjockt.

Forskarna kylde sedan detta monoskikt till en temperatur på strax över absolut noll och upphetsade det med en laser. Detta fick monoskiktet att avge enstaka fotoner under specifika förhållanden. "Vi kunde nu visa att en specifik typ av spänning inte producerar en utan exakt två fotoner, "Förklarar Schneider." Ljuspartiklarna genereras i par, så att säga."

Sådana tvåfotonkällor kan användas för att överföra 100 procent trycksäker information. För det här syftet, ljuspartiklarna trasslar in. Tillståndet för den första foton har då en direkt inverkan på den andra fotonens, oavsett avståndet mellan de två. Detta tillstånd kan användas för att kryptera kommunikationskanaler.

Enskikt möjliggör nya lasrar

I en andra studie, JMU -forskarna demonstrerade en annan tillämpning av exotiska monoskikt. De monterade ett monoskikt mellan två speglar och stimulerade det igen med en laser. Strålningen upphetsade själva TMDC -plattan för att avge fotoner. Dessa reflekterades tillbaka till plattan av speglarna, där de upphetsade atomer för att skapa nya fotoner.

"Vi kallar denna process stark koppling, "Förklarar Schneider. Ljuspartiklarna klonas under denna process, så att säga. "Ljus och materia hybridiserar, bilda nya kvasipartiklar i processen:excitonpolaritoner, säger fysikern. För första gången, det är möjligt att detektera dessa polaritoner vid rumstemperatur i atomära monoskikt.

På kort sikt, detta kommer att öppna upp intressanta nya applikationer. De "klonade" fotonerna har egenskaper som liknar laserljus. Men de tillverkas på helt olika sätt. Helst, produktionen av nya ljuspartiklar är självbärande efter den första excitationen utan att kräva någon extra energiförsörjning. I en laser, dock, det ljusproducerande materialet måste upphetsas energiskt utifrån permanent. Detta gör den nya ljuskällan mycket energieffektiv. Dessutom, det är väl lämpligt att studera vissa kvanteffekter.