Это экзотическое явление, что никто не смог объяснить в течение многих лет: когда энергия поступает в тонкий слой материала, диселенид вольфрама, он начинает светиться в весьма необычной моды. В дополнение к обычному свету, который других полупроводниковых материалов может тоже излучают, диселенид вольфрама также производит особый тип ярких кванта света, который создается только в отдельных точках материала. Она состоит из серии фотонов, которые выдаются всегда по одному … не в парах или в пучках. Это анти-гармошки эффект идеально подходит для экспериментов в области квантовой информации и квантовой криптографии, где требуется один фотоны. Однако, в течение многих лет это излучение осталось загадкой.
На данный момент в Венском объяснение было найдено: тонкое взаимодействие одиночных атомных дефектов в материале и механические нагрузки, отвечает за этот квантовый эффект света. Компьютерные симуляции показывают, как электроны приводятся в движение в определенные места в материале, где они захвачены из-за дефекта, теряют энергию и испускает фотон. Решение квантового света-головоломка была опубликована в журнале письма в ЖЭТФ.
Толщиной всего в три атома
Вольфрам диселенид представляет собой так называемый «двумерный материал», который образует чрезвычайно тонких слоев. Такие слои толщиной всего в три атомных слоя: существуют атомы вольфрама в середине, в сочетании с селеном атомов ниже и выше. «Если энергия подводится к слою, например, при подаче электрического напряжения или путем облучения его светом соответствующей длины волны, она начинает сиять», — объясняет Лукас Лингартом из Института теоретической физики при Венском. «Это само по себе не является необычным, многие материалы этого. Однако, когда свет, излучаемый вольфрама диселенид была подробно проанализирована, в дополнение к обычному свету особый тип света, с очень необычными свойствами было обнаружено.»
Этот особый характер квантовых свет состоит из фотонов определенной длины волны, и они выдаются всегда индивидуально. Он никогда не бывает, что два фотона одной волне были обнаружены одновременно. «Это говорит нам, что эти фотоны не могут быть получены случайным образом в материальном, но там должны быть определенные моменты вольфрама диселенид образец, которые производят многие из этих фотонов, один за другим», — объясняет профессор Флориан Libisch, представитель Высшей школы ту-Д на ту Вену с акцентом на двумерных материалов.
Объясняя этот эффект требует детального понимания поведения электронов в материале на квантовом физическом уровне. Электроны в вольфрам диселенид могут находиться в разных энергетических состояниях. Если электрон переходит из состояния с высокой энергией в состояние с меньшей энергией, излучая фотон. Однако, этот переход к более низкой энергии не всегда допускается: электрон должен придерживаться определенных законами: сохранения импульса и момента импульса.
Дефекты и искажения
Из-за этих законов сохранения, электрон высокой энергии квантового государства должны остаться там … если какие-то недочеты в материала позволяют энергетических состояниях изменить. «Вольфрам диселенид слой никогда не бывает идеальным. В некоторых местах один или несколько атомов селена может быть не хватает», — говорит Лукас Лингартом. «Это также изменяет энергию электронов в этой области».
Кроме того, слой материала не является идеальной плоскостью. Как одеяло, что морщины в подушку, диселенид вольфрама тянется локально, когда слой материала подвешены на небольших конструкций. Эти механические напряжения также влияют на электронных энергетических состояний.
«Взаимодействие дефектов и локальных напряжений усложняется. Однако, сейчас нам удалось имитировать эффекты на компьютере», — говорит Лукаш Лингартом. «И получается, что только сочетание этих эффектов можно объяснить странные световые эффекты.» В тех микроскопических областей материала, если дефекты и деформации поверхности появляются вместе, уровни энергии электронов меняется от высокого до низкого энергетическое состояние с испусканием фотона. Законы квантовой физики не позволяют два электрона в том же состоянии, в то же время, и поэтому электроны должны пройти этот процесс по-одному. Это приводит к выбрасывается по одному, а также фотонов.
В то же время, механическое искажение материал помогает накопить большое количество электронов в непосредственной близости от дефекта, так, что другой электрон доступна после последней изменила свое состояние и излучаемого фотона.
Этот результат свидетельствует о том, что ультратонкий 2D материалы открывают совершенно новые возможности для материаловедения.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!