Ett team av australiska forskare från University of Technology Sydney (UTS) och Australian National University (ANU) tror att de har utvecklat ett sätt att hantera en decennier lång utmaning inom kvantmaterial-spektralinställning av föreslagna kvantljuskällor .

Forskarna säger att deras resultat, med hjälp av ett atomiskt tunt material, sexkantig bornitrid, utgör ett betydande steg framåt för att förstå ljus-materia-interaktioner mellan kvantsystem i 2-D-material, och resan mot skalbara enheter på chip för kvantteknik. Studien publiceras i Avancerade material .

Möjligheten att finjustera färgerna på kvantljus har föreslagits som ett viktigt steg i utvecklingen av kvantnätverksarkitekturer, där fotoner, den grundläggande byggstenen av ljus, utnyttjas för att fungera som kvantbudbärare för att kommunicera mellan avlägsna platser.

Forskarna utnyttjade den extrema töjbarheten hos sexkantiga bornitrid, även känd som "vit grafen". i en sådan omfattning att de kunde visa ett världsrekord för den största spektralen, färgjustering sträcker sig från ett atomtunt kvantsystem.

Huvud författare, UTS Ph.D. kandidat Noah Mendelson sa att den visade förbättringen av spektralinställning, med nästan en storleksordning, skulle väcka intresse inom både akademiska och industriella grupper "som arbetar för utveckling av kvantnätverk och relaterad kvantteknik."

"Detta material odlades i laboratoriet vid UTS med några" kristallfel "i atomskala som är extremt ljusa och extremt stabila kvantkällor.

"Genom att sträcka det atom-tunna materialet för att inducera mekanisk expansion av kvantkällan, detta, resulterade i sin tur i det dramatiska inställningsområdet för de färger som utsänds av kvantljuskällan, " han sa.

"När den sexkantiga bornitriden sträcktes till bara några atomlager tjocka började det utsända ljuset att ändra färg från orange till rött ungefär som LED -lamporna på ett julgran, men i kvantområdet, "säger UTS -doktorand Noah Mendelson.

"Att se sådan färgjustering på kvantnivå är inte bara en fantastisk bedrift ur en grundläggande synvinkel, men det belyser också många potentiella tillämpningar inom kvantvetenskap och kvantteknik, " han lägger till.

Till skillnad från andra nanomaterial som används som kvantljuskällor, som diamant, kiselkarbid eller galliumnitrid sexkantig bornitrid är inte spröd och har de unika töjbara mekaniska egenskaperna hos en van der Waals -kristall.

"Vi har alltid varit förvånade över de överlägsna egenskaperna hos sexkantiga bornitrid, vare sig de är mekaniska, elektrisk eller optisk. Sådana egenskaper möjliggör inte bara unika fysikaliska experiment, men kan också öppna dörrar till en uppsjö av praktiska tillämpningar inom en snar framtid, "säger UTS -professor Igor Aharonovich, en senior författare till arbetet och chefsutredare för ARC Center of Excellence for Transformative Meta-Optical Materials (TMOS).

UTS -teamet av experimentella fysiker, ledd av Dr Trong Toan Tran kände att de var på väg till något mycket spännande från den allra första observationen av det exotiska fenomenet.

"Vi gick snabbt ihop med en av världens ledande teoretiska fysiker inom detta område, ANU:s doktor Marcus Doherty för att försöka förstå de bakomliggande mekanismerna som är ansvariga för det imponerande färginställningsområdet. Den gemensamma insatsen mellan UTS och ANU ledde till fullständig förståelse av fenomenet, fullt stöd av en robust teoretisk modell, "Dr Toan Tran sa.

Teamet förbereder nu sitt uppföljningsarbete:förverkligar ett princip-princip-experiment som involverar att de två ursprungligen olika färgade fotonerna trasslar in sig från två sträckta kvantkällor i sexkantiga bornitrid för att bilda en kvantbit eller (qubit)-byggnaden block av ett kvantnätverk.

"Vi tror att framgången för vårt arbete har öppnat nya vägar för flera grundläggande fysikaliska experiment som kan lägga grunden för det framtida kvantinternet, "avslutar doktor Toan Tran.