Одним секундным нажатием кнопки на лазерной указке мы отправляем в путь квинтильоны фотонов. Но для создания квантово-фотонных компьютеров необходимы условные транзисторы, способные излучать одиночный фотон, что на современном этапе развития науки и техники сделать крайне сложно. Американские учёные обнаружили путь к таким «транзисторам» и даже смогли разглядеть их в специально созданный «нанооптический» микроскоп.
Уже какое-то время известно, что однофотонные излучатели могут возникать на поверхности 2D-материалов — структур толщиной с один атом. Считалось, что такие однофотонные излучатели возникают в местах дефектов кристаллической структуры. Например, ранее подобные «очаги» по излучению одиночных фотонов были выявлены в дефектах кристаллической структуры алмазов. С 2D-материалами проблема была в том, что для обнаружения источника излучения одиночных фотонов обычные оптические микроскопы не подходят, поскольку не позволяют увидеть объект размерами менее 500 нм. Для изучения процесса требовалось что-то новое. И это новое предложили учёные из Колумбийского университета и Университета штата Монтана.
Исследователи создали «нанооптический» микроскоп с разрешением 10 нм. Новый прибор позволил установить, что однофотонные излучатели на поверхности 2D-материалов образуются не в местах дефектов, а в складках материала, которые возникают на участках напряжённости в материале. Напряжённость же можно создать искусственно с помощью пузырьков с газом или жидкостями, что открывает путь к контролируемому образованию однофотонных излучателей на поверхности 2D-материалов, что учёные успешно показали в эксперименте с диселенидом вольфрама (WSe2).
Между двумя 2D-материалами ― диселенидом вольфрама сверху и слоем нитрида бора снизу — были созданы карманы (пузырьки) с газом. На границах пузырьков образовались складки напряжённости 2D-материала в виде бублика. Всё это удалось рассмотреть в нанооптический микроскоп и зафиксировать одиночные излучения фотонов в этих областях. При этом важно отметить, что все явления происходили при комнатной температуре.
«Наши результаты означают, что полностью перестраиваемые при комнатной температуре однофотонные излучатели теперь в наших руках, что прокладывает путь к управляемым и практическим квантовым фотонным устройствам», ― замечает один из авторов исследования Джеймс Шак (Джеймс Шак). «Эти устройства могут стать основой для квантовых технологий, которые глубоко изменят вычислительные, сенсорные и информационные технологии, какими мы их знаем».
