Новий вимір контролю: Українські вчені відкривають шлях до керування квантовими джерелами світла через “магічні кути”
Дослідники з Технологічного університету Сіднея (UTS) представили революційний метод керування квантовими джерелами світла. На відміну від традиційних підходів, що покладаються на хімічний склад чи зовнішні поля, вони продемонстрували можливість маніпулювати світлом, змінюючи геометрію самого матеріалу — буквально обертаючи його шари відносно один одного. Це відкриття має величезне значення для розвитку твердотільних квантових технологій, адже створює передумови для розробки компактних та висококерованих джерел світла, необхідних для квантових обчислень, захищеного зв’язку та надчутливих сенсорів.
Джерело зображення: ШІ-генерація ChatGPT/3DNews
Феномен обертання на так званий “магічний кут” добре відомий у контексті графену, коли два його шари взаємно обертаються, викликаючи кардинальні зміни провідності композитного матеріалу. Тепер подібний ефект, що впливає на оптичні властивості, виявлено й у гексагональному нітриді бору (hBN) для квантових джерел світла, хоча й за дещо іншим принципом.
Гексагональний нітрид бору: унікальний матеріал для квантових застосувань
Гексагональний нітрид бору — це унікальний двовимірний (2D) матеріал, який можна уявити як стопку атомарно тонких пластин. У межах цих шарів існують дефекти кристалічної решітки, які функціонують як квантові випромінювачі. Вони випускають світло, параметри якого надзвичайно чутливі до локального атомного оточення. На відміну від більш жорстких тривимірних аналогів, таких як алмаз чи карбід кремнію, кожен шар hBN можна механічно відділяти, перекладати та обертати відносно інших шарів, змінюючи їхню взаємодію навіть після виготовлення зразка.
В ході експериментів з шарами гексагонального нітриду бору, вчені багаторазово розбирали, обертали та знову складали багатошарову структуру. Результати показали, що зміна кута взаємного обертання шарів призводить до зміни кольору та довжини хвилі випромінювання квантових дефектів. Цікаво, що спектральний зсув виявився значно більшим, ніж зазвичай досягається при керуванні дефектами, наприклад, в алмазах. Фактично, кут обертання став новою “ручкою налаштування”: він змінює локальне електронне та міжшарове середовище навколо дефекту, що, у свою чергу, спричиняє зміну енергії оптичного переходу.
Це дослідження належить до перспективного напрямку — твістроніки. Ця галузь фокусується на програмуванні властивостей двовимірних матеріалів шляхом взаємного обертання їхніх атомних шарів. Такий підхід обіцяє зробити джерела квантового світла на основі гексагонального нітриду бору значно керованішими та придатними для практичного втілення у складних пристроях. Хоча наразі це лише експериментальна демонстрація, вона чітко показує фундаментальний принцип: шарувата структура матеріалу може бути не просто пасивним носієм дефектів, а активним інструментом для точного налаштування квантового випромінювання.
Порада від Soft Portal:
Це дослідження відкриває захопливі перспективи для майбутнього квантових технологій. Можливість точного контролю над квантовими джерелами світла шляхом зміни геометрії матеріалу робить їх більш доступними та універсальними для створення передових обчислювальних систем, систем безпеки та високоточних вимірювальних пристроїв.