Ansträngningar för att skapa tillförlitliga ljusbaserade kvantberäkningar, kvantnyckeldistribution för cybersäkerhet, och andra teknologier fick ett uppsving från en ny studie som visar en innovativ metod för att skapa tunna filmer för att kontrollera utsläppet av enstaka fotoner.

"Effektiv kontroll av vissa tunnfilmsmaterial så att de avger enstaka fotoner på exakta platser-det som kallas deterministiska kvantemissioner-banar väg för kvantmaterial utanför laboratorieskala, sa Michael Pettes, en materialvetare i Los Alamos National Laboratory och ledare för forskarlaget för flera institutioner.

Skalbarheten hos dessa tvådimensionella, tunna filmer av volfram/selen gör dem potentiellt användbara i processer för tillverkning av kvantteknologier. Enfotongenerering är ett krav för helt optisk kvantberäkning och nyckeldistribution inom kvantkommunikation, och det är avgörande för att utveckla kvantinformationsteknik.

Projektet, dokumenterad som en utvald artikel i tidskriften Bokstäver i tillämpad fysik Denna vecka, utnyttjar påfrestningar på högt spatialt lokaliserade och väl separerade utsläppsställen, eller tips, i en volfram/selenfilm. Teamet syntetiserade filmen genom kemisk ångavsättning med hjälp av ett flersteg, diffusionsförmedlad gaskälla.

Eftersom materialet är mycket tunt, det överensstämmer med spetsarnas radie och materialet böjer sig mot substratet med mer än några procent, som någon som ligger på en spikbädd. Den resulterande påfrestningen är tillräckligt för att ändra den elektroniska strukturen, men bara vid tipsen. Det drabbade området avger ljus av en annan färg och natur än ljus från resten av filmen.

"Även om mer forskning behövs för att helt förstå rollen av mekanisk deformation för att skapa dessa kvantemissionsplatser, vi kan möjliggöra en väg för att styra kvantoptiska egenskaper genom att använda stam, " sade Pettes. "Dessa enfotonkällor utgör grunden för fotonik-baserade, helt optiska kvantberäkningsscheman."

Tekniken för kvantemission i 2-D-material är fortfarande i ett mycket tidigt skede, konstaterar författarna. Medan studier har observerat enstaka fotoner som härrör från defekta strukturer i dessa material, tidigare arbete har föreslagit att icke-enhetliga stamfält kan styra effekten. Dock, mekanismen som är ansvarig för detta framväxande fenomen är fortfarande oklar och är i fokus för det pågående arbetet i Los Alamos.