Раньше одиночные фотоны генерировались только с сильными магнитными полями и большими магнитами. Теперь американская команда инженеров изготовила однослойный полупроводник из вольфрама и никель-фосфора, который работает без помощи внешнего магнитного поля. Эта установка дешевле и надежнее прежней, и с ее помощью можно работать над созданием квантового интернета. Исследование опубликовано в журнале Nature Materials.
Полупроводники — это материалы, которые увеличивают электрическую проводимость с ростом комнатной температуры. Они применяются в промышленности, аналоговой и цифровой электронике. Для их создания используются сильные магнитные поля. Есть два способа, с помощью которых можно получить одиночные фотоны из этого материала: связывание квантовых излучателей света с микроскопическими структурами фотоники или введение спин-поляризованных носителей в излучатели. В частности, квантовые излучатели, которые генерируют одиночные фотоны с круговой поляризацией, могут помочь в создании сверхбезопасного квантового интернета и других сетей.
Однако использование такого полупроводника дорого обходится инженерам. Поэтому американские ученые решили соединить магнитный принцип и монослойную технологию. Исследователи уложили слой полупроводника диселенида вольфрама толщиной в одну молекулу на более толстый слой магнитного полупроводника трисульфидного никель-фосфора. На тонкой стопке материалов инженеры сделали несколько углублений в виде траншей. Они имеют диаметр около 400 нанометров — это значит, что по ширине человеческого волоса могут поместиться более 200 таких углублений.
Электроны диселенидного полупроводника попадают в углубления. Это стимулирует излучение потока одиночных фотонов из скважины. С помощью трисульфида никель-фосфора создается локальное магнитное поле, которое заставляет фотоны двигаться в одной плоскости по кругу. В результате новый полупроводник уже не требует громоздких сверхпроводящих магнитов.
«Используя источник генерации потока одиночных фотонов и материал для поляризации, мы, по сути, объединили два устройства в одном», — рассказал Хань Хтун из Лос-Аламосской национальной лаборатории.
Исследователи изучают способы применения электрических или микроволновых сил для поляризации одиночных фотонов. Это позволит закодировать квантовую информацию в поток частиц, а его, в свою очередь, объединить в микроскопические световоды и фотонные схемы. Они станут фундаментальными блоками для создания безопасного квантового интернета.
Автор: Ксения Земскова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
