Учёные научились управлять квантовым светом с помощью скручивания атомарных слоёв
Учёные разработали новый способ управления квантовыми источниками света с помощью скручивания атомарно тонких слоёв гексагонального нитрида бора. По мнению исследователей, эта технология может стать важным шагом на пути к созданию практических квантовых компьютеров, защищённых систем связи и сверхчувствительных датчиков нового поколения.
Работа была выполнена специалистами Технологического университета Сиднея, которые обнаружили, что поворот и повторная укладка слоёв гексагонального нитрида бора позволяют существенно изменять цвет и длину волны света, испускаемого встроенными в материал квантовыми излучателями.
Квантовые излучатели представляют собой микроскопические источники света, способные генерировать отдельные фотоны. Такие объекты рассматриваются как один из ключевых элементов будущих квантовых технологий. Несмотря на то что учёные уже давно умеют обнаруживать и изучать подобные излучатели, их точная настройка и управление до сих пор оставались серьёзной проблемой.
Новая работа предлагает оригинальное решение этой задачи. Исследователи использовали уникальное свойство гексагонального нитрида бора — его слоистую структуру. Материал можно многократно разделять на отдельные слои, поворачивать их относительно друг друга под разными углами и снова собирать в единую структуру.
В ходе экспериментов учёные обнаружили, что изменение угла скручивания между слоями приводит к заметному смещению характеристик испускаемого света. Более того, исследовательская группа не ограничилась однократной сборкой структуры, а многократно разбирала, поворачивала и вновь собирала материал, каждый раз наблюдая изменения его оптических свойств.
По словам ведущего автора исследования Ангуса Гейла, полученные результаты предоставляют новый инструмент для управления квантовыми излучателями. Учёный отметил, что существование таких источников света давно известно, однако их практическое использование осложняется трудностями настройки. Новый метод позволяет приблизиться к решению этой проблемы.
Исследователи подчёркивают, что достигнутый уровень управления оказался значительно выше ожидаемого. Изменение характеристик излучения превзошло возможности многих других платформ, используемых для создания квантовых источников света.
Авторы работы сознательно отказались от попыток заставить гексагональный нитрид бора работать по тем же принципам, что и традиционные материалы для квантовой фотоники, такие как алмаз или карбид кремния. Вместо этого они решили использовать естественные преимущества самого материала — его тонкую слоистую и легко скручиваемую структуру.
Профессор Игорь Ааронович отметил, что соединение двух слоёв материала под определённым углом способно привести к возникновению совершенно новых физических свойств. По его словам, отдельные слои могут практически не проявлять необычного поведения, однако после объединения под нужным углом формируют принципиально новую систему.
Учёные считают, что предложенный подход может найти применение в разработке квантовых компьютеров, квантовых сетей связи и высокоточных квантовых сенсоров. Подобные устройства в будущем могут использоваться в медицине, кибербезопасности, навигации и других высокотехнологичных областях.
Результаты исследования были в журнале Advanced Materials.