Uma equipe internacional liderada por Alexander Holleitner e Jonathan Finley, físicos da Universidade Técnica de Munique (TUM), conseguiu colocar fontes de luz em camadas de material atomicamente finas com uma precisão de apenas alguns nanômetros. O novo método permite uma infinidade de aplicações em tecnologias quânticas, desde sensores quânticos e transistores em smartphones até novas tecnologias de criptografia para transmissão de dados.

Os circuitos anteriores em chips contam com elétrons como portadores de informações. No futuro, os fótons que transmitem informações à velocidade da luz poderão realizar essa tarefa em circuitos ópticos. Fontes de luz quântica, que são então conectados com cabos de fibra óptica quântica e detectores são necessários como blocos de construção básicos para esses novos chips.

Uma equipe internacional liderada pelos físicos Alexander Holleitner e Jonathan Finley da TUM agora conseguiu criar tais fontes de luz quântica em camadas de material atomicamente finas e colocá-las com precisão nanométrica.

Primeiro passo em direção aos computadores quânticos ópticos

"Este constitui um primeiro passo importante para os computadores quânticos ópticos, "diz Julian Klein, autor principal do estudo. "Porque para aplicações futuras, as fontes de luz devem ser acopladas a circuitos de fótons, guias de ondas, por exemplo, a fim de tornar possíveis os cálculos quânticos baseados na luz. "

O ponto crítico aqui é o posicionamento exato e precisamente controlável das fontes de luz. É possível criar fontes de luz quântica em materiais tridimensionais convencionais, como diamante ou silício, mas não podem ser colocados com precisão nesses materiais.

Defeitos determinísticos

Os físicos então usaram uma camada de dissulfeto de molibdênio semicondutor (MoS ₂ ) como material de partida, apenas três átomos de espessura. Eles irradiaram isso com um feixe de íons de hélio que focalizaram em uma área de superfície de menos de um nanômetro.

Para gerar defeitos opticamente ativos, as fontes de luz quântica desejadas, átomos de molibdênio ou enxofre são precisamente eliminados da camada. As imperfeições são armadilhas para os chamados excitons, pares elétron-buraco, que então emitem os fótons desejados.

Tecnicamente, o novo microscópio de íon hélio no Centro de Nanotecnologia e Nanomateriais do Instituto Walter Schottky, que pode ser usado para irradiar tal material com uma resolução lateral incomparável, foi de importância central para isso.

A caminho de novas fontes de luz

Juntamente com os teóricos da TUM, a Sociedade Max Planck, e a Universidade de Bremen, a equipe desenvolveu um modelo que também descreve os estados de energia observados nas imperfeições da teoria.

No futuro, os pesquisadores também querem criar padrões de fonte de luz mais complexos, em estruturas de rede bidimensional lateral, por exemplo, a fim de também pesquisar fenômenos de multi-excitons ou propriedades de materiais exóticos.

Este é o portal experimental para um mundo que há muito só foi descrito em teoria dentro do contexto do chamado modelo de Bose-Hubbard, que busca dar conta de processos complexos em sólidos.

Sensores quânticos, transistores e criptografia segura

E pode haver progresso não apenas na teoria, mas também no que diz respeito a possíveis desenvolvimentos tecnológicos. Uma vez que as fontes de luz sempre têm o mesmo defeito subjacente no material, eles são teoricamente indistinguíveis. Isso permite aplicações baseadas no princípio da mecânica quântica de emaranhamento.

"É possível integrar nossas fontes de luz quântica de forma muito elegante em circuitos de fótons, "diz Klein." Devido à alta sensibilidade, por exemplo, é possível construir sensores quânticos para smartphones e desenvolver tecnologias de criptografia extremamente seguras para transmissão de dados. "