Ученые из университета Вюрцбурга (Германия) исследовали способность излучать свет дихалькогенов переходных металлов, или TMDC. Они выяснили, что фотоны в монослое такого материала излучаются парами. Результаты этой работы опубликованы в Nature Communications.
Монослои получили признание в последние годы и революционизировали многие области физики. Монослои состоят из твердых материалов очень малой толщины, например, в один атом. Их еще называют двумерными материалами. В таком виде они обладают неожиданными свойствами, которые еще не до конца изучены. К примеру, TMDC ведут себя как сверхпроводники и могут быть использованы для производства ультрамалых и энергоэффекивных чипов. Они могут светить, если им достаточно энергии. Именно это свойство изучали доктор Кристан Шнайдер (Christian Schneider) и профессор Свен Хефлинг (Sven Höfling) с коллегами с кафедры технической физики университета Юлиуса Максимиллиана в Вюрцбурге.
Сначала ученые сделали монослои простым методом — отодрали тонкую пленку от кристалла TMDC с помощью скотча. Затем тем же способом отодрали еще более тонкий слой. Затем они охладили монослой до температуры абсолютного нуля и облучили с помощью лазера. Это заставило монослой излучать фотоны при определенных условиях. «Мы показали, что особый тип возбуждения производит два фотона. То есть частицы света выходят парами», — приводятся слова Шнайдера в сообщении пресс-службы вуза.
Такие двухфотонные источники интересны тем, что они могут передавать информацию, на 100% защищенную от прослушивания. Кванты света спутаны друг с другом, то есть там есть квантовые механические процессы, в которых их состояния переплетены. Состояние первого фотона затем имеет прямой вклад во второй фотон, не смотря на расстояние между ними. Это можно использовать в канале закодированной коммуникации.
Ученые показали и другое применение монослоев. Для этого они подняли монослой между двумя зеркалами и снова стимулировали его лазером. Излучение возбуждало пластинку TMDC до уровня, при котором она начинала испускать фотоны сама. Они отражаются назад от пластинки к зеркалам, где они испустили атомы сами, чтобы создать новые фотоны. «Мы назвали этот процесс сильным спариванием. Свет и материя гибридизируются, образуя новые квазичастицы в процессе: поляритоны», — сказал Шнайдер. Впервые удалось зафиксировать эти поляритоны при комнатной температуре в атомных монослоях.
Из этого вытекает интересные приложения. Клонированные фотоны имеют сходные со светом лазера свойства. Но их создают совершенно иначе: в идеале новые частицы света создаются сами собой после начального возбуждения без требуемой дополнительной подпитки энергии. Напротив в лазере светопроизводящие материалы должны быть накачаны энергией извне постоянно. Это делает новый источник света энергетически эффективным. Более того это прекрасно подходит для изучения некоторых квантовых эффектов.
