Исследователи освоили технологию включения источников света в сверхтонких материалах по своему желанию. Теперь светящиеся точки размером в несколько атомов можно не только увидеть, но и контролировать их работу. Специалисты поняли, как создавать и располагать источники частиц света на атомном уровне, что поможет в разработке новых устройств.
Читайте также:
● Это происходит с каждым после 30: мозг перестает замечать время
Квантовые излучатели работают как крошечные переключатели, способные выпускать частицы света строго по 1 штуке. Они появляются благодаря нарушениям в строении материалов на уровне атомов. Такие переключатели работают очень точно, поэтому они необходимы для создания сверхточных датчиков, безопасной связи и мощных вычислительных машин. Однако долгое время специалисты не могли находить и контролировать эти объекты.
Научным работникам из 2 исследовательских центров удалось совершить важное открытие. С помощью новейшего электронного микроскопа под названием QuEEN они смогли найти и создать источники частиц света в сверхтонком материале, который называется гексагональный нитрид бора. Исследователи точно определили, какая именно группа атомов вызывает свечение.
«Главная сложность в изучении квантовых излучателей: их оптическое поведение определяется атомной структурой, а ее очень трудно увидеть напрямую», — поясняет научный сотрудник Джиангуо Вен. Раньше для изучения свечения требовались более толстые образцы, а для изучения атомов — более тонкие, что сильно затрудняло работу.
Для решения проблемы исследователи использовали метод облучения материала узким потоком электронов, от которого тот начинает светиться. Цвет и яркость этого свечения показывают состав источника и его недостатки. Специально созданный микроскоп QuEEN оснащен передовой оптикой и датчиками, что крайне важно для таких опытов.
Ученые заметили, что при скручивании слоев материала под нужными углами сигнал от источников света усиливается до 120 раз. Это позволило определить их расположение с огромной точностью — менее 10 миллиардных долей метра.
Благодаря этому методу выяснилось, что за голубое свечение в материале отвечают 2 атома углерода, расположенные друг над другом. Важным достижением стало то, что ученые научились создавать такие излучатели в нужных местах. Для этого необходимо лишь добавить углерод и направить поток электронов в определенные точки.
«Как только мы связали атомную структуру с испускаемым светом, это открыло дорогу к точному проектированию этих квантовых излучателей. Теперь мы можем создавать и настраивать их по желанию с помощью электронного пучка», — отмечает исследователь Томас Гейдж.
«Способность размещать эти фотоны с высокой точностью критически важна для завтрашних квантовых устройств», — рассказывает другой участник работ Бенджамин Диролл.
Новое исследование дает возможность производить материалы с заданными свойствами и располагать их точно в нужных местах на микросхемах. В будущем это ускорит выпуск новых устройств. Пока эта технология обходится очень дорого, так как нужный микроскоп существует в единственном экземпляре и стоит миллионы долларов. При этом сами излучатели создаются в доступном и дешевом материале, что в перспективе может снизить цену готовых изделий через 10 или 15 лет.
До этого открытия специалисты умели создавать квантовые источники только случайно, так как не понимали связь между светом и структурой атомов. Сейчас удалось добиться точности размещения менее 10 нанометров. Однако на данный момент ученые добились успеха только с 1 типом излучателя синего цвета. Вопросы вызывает и срок службы таких источников света, а также риск повреждения материала сильным потоком электронов. Без решения этих проблем внедрить разработку в реальное производство пока невозможно.
Читайте также:
● Испанский египтолог заявил, что пирамиды Гизы построила суперцивилизация
● Ученые заявили о происхождении человека от древнего одноглазого циклопа
● Исследователи раскрыли причину оледенения Земли длиной в 56 миллионов лет