מכשיר בקנה מידה ננומי מייצר זרם של פוטונים בודדים כיראליים - עולם הפיזיקה

מכשיר חדש בקנה מידה ננו המבוסס על ערימות של חומרים דו מימדיים יכול לא רק ליצור זרם של פוטונים בודדים אלא יכול גם לשלוט בכיראליות שלהם, או בקיטוב מעגלי, ללא צורך בשדה מגנטי מופעל. מכיוון שמניפולציה של מצב הקיטוב של הפוטון היא דרך לקודד בו מידע, ההתקדמות עשויה להיות חשובה עבור טכנולוגיות קוונטיות, על פי החוקרים במעבדה הלאומית של לוס אלמוס בארה"ב שפיתחו אותה.

עד כה, קיטוב מעגלי של זרם פוטון בודד היה אפשרי רק על ידי צימוד של פולטים קוונטיים להתקנים פוטוניים או אלקטרוניים מסובכים בקנה מידה ננומטרי או על ידי הפעלת שדות מגנטיים גבוהים על פולטים אלה באמצעות מגנטים מוליכים מגושמים. בעבודה החדשה, צוות בראשות פיזיקאי האן הטון ערמו שכבה אחת בעובי מולקולה של חומר מוליך למחצה, טונגסטן דיסלניד (WSe₂), על גבי שכבה דקה של גביש מגנטי, ניקל זרחן טריסולפיד (NiPS₃). לאחר מכן החוקרים ביצעו חריצים בערימת ההטרו-מבנה בגודל 400 ננומטר בלבד.

ביצוע נכון של הזחות

"אנחנו משיגים שני אפקטים שימושיים מאוד מהשקעים", מסביר Htoon. "ראשית, החריצים יוצרים 'באר' או שקע בנוף האנרגיה הפוטנציאלית של החומר המגביל את זוגות האלקטרון-חורים (אקסיטונים) בתוך ה-WSe₂ שִׁכבָה. "אקסיטונים אלה, במצב קוונטי, מסוגלים לפלוט זרם פוטון בודד בעת עירור עם אור לייזר. שנית, החריצים גם משבשים את התכונות המגנטיות של ה-NiPS הבסיסי₃, ובכך ליצור מומנט מגנטי מקומי שמצביע אל מחוץ למבנה ההטרו".

השילוב של הרגע המגנטי הזה ו"אפקט הקרבה" של המצב הקוונטי הוא זה שיוצר את הפוטונים המקוטבים בצורה מעגלית, הוא אומר עולם הפיזיקה, אבל לעשות את זה נכון לא היה קל. "NiPS₃ הוא מוליך למחצה אנטי-פרומגנטי והספינים של שורות יוני ה-Ni שלו מובילים בדרך כלל לביטול המומנטים המגנטיים שלו", הוא מסביר. "הניסויים הראשוניים שלנו היו מאכזבים בגלל ההשפעה הזו."

שיאנגז'י לי, ה לוס אלמוס חוקר פוסט-דוקטורט שהוביל את הניסוי, ביצע את המדידות שוב, הפעם באמצעות קצה מיקרוסקופ כוח אטומי כדי ליצור את החריצים הננומטריים בשכבות המוערמות. "ההתאמה הזו יצרה את מה שאנו מאמינים שהוא האפקט החזק ביותר של פוטונים בודדים בעלי קוטב מעגלי עד כה", אומר Htoon. "הופתענו וערכנו סדרה של ניסויים מבוקרים כדי לאשר את הממצאים שלנו".

זיהוי כירלי של מולקולות מקבל דחיפה מונעת בלייזר

מכיוון שניתן לקודד מידע בקיטוב של פוטונים, לקידום יכול להיות יישומים בתקשורת קוונטית, כולל הצפנה קוונטית ומחשוב קוונטי, אומרים הצוות. "ייתכן שאפילו נוכל ליצור אינטרנט קוונטי מאובטח במיוחד מכיוון שאם נצליח לחבר את זרם הפוטונים למובילי גל (צינורות אור), נוכל לייצר מעגלים פוטונים השולטים בכיוון התפשטות הפוטונים." מסביר Htoon.

החוקרים מחפשים כעת את הדרך הטובה ביותר לווסת את מידת הקיטוב המעגלי של זרם הפוטון הבודד באמצעות שיטות אופטיות, חשמליות או מיקרוגל. הם מדווחים על עבודתם הנוכחית ב חומרי טבע.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/nanoscale-device-produces-a-stream-of-chiral-single-photons/