Perangkat berskala nano menghasilkan aliran foton tunggal kiral – Dunia Fisika

Perangkat berskala nano menghasilkan aliran foton tunggal kiral – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 6 Oktober 2023 11:00
Node Sumber: 2922338

Kesan artis pada bahan dua lapis dengan lekukan bercahaya oranye dan merah muda
Dibentuk di dalam sumur yang menjorok ke dalam tumpukan dua material berlapis berbeda (semikonduktor monolayer dan kristal anti-feromagnetik), emisi cahaya kuantum kiral keluar dari material dan dapat digunakan untuk aplikasi informasi dan komunikasi kuantum. (Sumber: Laboratorium Nasional Los Alamos)

Perangkat skala nano baru yang didasarkan pada tumpukan material dua dimensi tidak hanya dapat menghasilkan aliran foton tunggal tetapi juga dapat mengontrol kiralitasnya, atau polarisasi melingkar, tanpa memerlukan medan magnet yang diterapkan. Karena memanipulasi keadaan polarisasi foton adalah cara untuk menyandikan informasi di dalamnya, kemajuan ini mungkin penting bagi teknologi kuantum, menurut para peneliti di Laboratorium Nasional Los Alamos di AS yang mengembangkannya.

Hingga saat ini, polarisasi sirkuler aliran foton tunggal hanya mungkin dilakukan dengan menggabungkan pemancar kuantum ke perangkat skala nano fotonik atau elektronik yang rumit atau dengan menerapkan medan magnet tinggi ke pemancar tersebut melalui magnet superkonduktor yang besar. Dalam karya baru, sebuah tim dipimpin oleh fisikawan Han Htoon menumpuk lapisan bahan semikonduktor setebal molekul tunggal, tungsten diselenide (WSe2), di atas lapisan tipis kristal magnetik, nikel fosfor trisulfida (NiPS3). Para peneliti kemudian membuat lekukan pada tumpukan heterostruktur berukuran hanya 400 nm.

Mendapatkan lekukan dengan benar

“Kami memperoleh dua efek yang sangat berguna dari lekukan tersebut,” jelas Htoon. “Pertama, lekukan tersebut menciptakan 'sumur' atau depresi pada lanskap energi potensial material yang membatasi pasangan lubang elektron (eksiton) di dalam WSe.2 lapisan. “Eksiton ini, dalam keadaan kuantum, mampu memancarkan aliran foton tunggal saat dieksitasi dengan sinar laser. Kedua, lekukan tersebut juga mengganggu sifat magnetik NiPS yang mendasarinya3, sehingga menciptakan momen magnet lokal yang mengarah keluar dari heterostruktur.”

Kombinasi momen magnetis dan “efek kedekatan” keadaan kuantum inilah yang menciptakan foton terpolarisasi sirkular, katanya. Dunia Fisika, namun melakukannya dengan benar tidaklah mudah. “NiPS3 adalah semikonduktor antiferromagnetik dan putaran deretan ion Ni biasanya menyebabkan momen magnetiknya hilang,” jelasnya. “Eksperimen awal kami mengecewakan karena efek ini.”

Xiangzhi Li, yang Los Alamos peneliti pascadoktoral yang memimpin percobaan, oleh karena itu melakukan pengukuran lagi, kali ini menggunakan ujung mikroskop gaya atom untuk membuat lekukan skala nano pada tumpukan lapisan. “Penyesuaian ini menciptakan apa yang kami yakini sebagai efek terkuat dari foton tunggal terpolarisasi sirkular,” kata Htoon. “Kami terkejut dan melakukan serangkaian eksperimen terkontrol untuk mengkonfirmasi temuan kami.”

Karena informasi dapat dikodekan dalam polarisasi foton, kemajuan ini dapat diterapkan dalam komunikasi kuantum, termasuk kriptografi kuantum, dan komputasi kuantum, kata tim tersebut. “Kami bahkan mungkin dapat menciptakan Internet kuantum yang sangat aman karena, jika kami dapat memasangkan aliran foton ke dalam pandu gelombang (saluran cahaya), kami dapat membuat sirkuit fotonik yang mengontrol arah perambatan foton,” jelas Htoon.

Para peneliti sekarang mencari cara terbaik untuk memodulasi derajat polarisasi sirkular aliran foton tunggal menggunakan metode optik, listrik, atau gelombang mikro. Mereka melaporkan pekerjaan mereka saat ini Bahan Alam.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika