Os dichalcogenetos de metais de transição (TMDs) são semicondutores em camadas que podem ser esfoliados em camadas com apenas alguns átomos de espessura. Pesquisas recentes mostraram que alguns TMDs podem conter fontes de luz quântica que podem emitir fótons únicos de luz. Até agora, a ocorrência desses emissores quânticos de luz foi aleatória. Agora, pesquisadores do Graphene Flagship trabalhando na Universidade de Cambridge, REINO UNIDO, criaram matrizes em grande escala desses emissores quânticos em diferentes materiais TMD. O trabalho, também envolvendo pesquisadores da Universidade de Harvard, NÓS, é publicado em Nature Communications . Essa nova abordagem leva a grandes quantidades de produtos sob demanda, emissores de fóton único, pavimentando o caminho para a integração ultrafina, fótons únicos em dispositivos eletrônicos.

Emissores de luz quânticos, ou pontos quânticos, são de interesse para muitas aplicações diferentes, incluindo comunicação quântica e redes. Até agora, tem sido muito difícil produzir grandes arranjos de emissores quânticos próximos uns dos outros, mantendo a alta qualidade das fontes de luz quânticas. "É quase um problema Cachinhos Dourados - parece que qualquer um obtém boas fontes de fóton único, ou boas matrizes, mas não as duas ao mesmo tempo. Agora, de repente, podemos ter centenas desses emissores em uma amostra, "disse Mete Atatüre, professor do Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge.

As ocorrências aleatórias de pontos quânticos em TMD dificultaram a investigação sistemática. "A capacidade de criar de forma determinística nossas fontes fez uma mudança dramática na forma como fazemos nossas pesquisas diárias. Anteriormente, era pura sorte, e tínhamos que manter nosso ânimo elevado mesmo se não tivéssemos sucesso. Agora, podemos fazer pesquisas de uma forma mais sistemática, "disse Atatüre. Este novo método não apenas torna a realização de pesquisas mais simples, mas também leva a melhorias nos próprios emissores:"A qualidade dos emissores que criamos propositalmente parece ser melhor do que os pontos quânticos naturais."

Dhiren Kara, um pesquisador do Laboratório Cavendish, disse "Há muito mistério em torno desses emissores, em como eles se originam e como eles funcionam. Agora, pode-se criar diretamente os emissores e não ter que se preocupar em esperar que eles apareçam aleatoriamente. Nesse sentido, isso acelera muito a ciência. "

Para criar as fontes de luz quântica, os pesquisadores cortaram uma série de pilares em nanoescala em sílica ou nanodiamante, e então suspendeu a camada TMD de poucos átomos de espessura no topo dos pilares. Os emissores quânticos são então criados no TMD, onde é apoiado pelos pilares, portanto, é possível escolher exatamente onde os fótons individuais devem ser gerados. “O fato de os emissores serem gerados mecanicamente é bom, porque significa que eles são bastante robustos, e independente de material, "disse Carmen Palacios-Berraquero, pesquisador do Laboratório Cavendish e primeiro autor do trabalho.

A geração determinística e robusta de fontes quânticas significa novas oportunidades para estruturas híbridas de funções fotônicas e eletrônicas em camadas. As matrizes quânticas são totalmente escalonáveis ​​e compatíveis com a fabricação de chips de silício.

Andrea Ferrari, Diretor de Ciência e Tecnologia e Presidente do Painel de Gestão da Nave Grafeno, também esteve envolvido na pesquisa. Ele acrescentou que "as tecnologias Quantum são reconhecidas como áreas-chave de investimento para a Europa, com um novo Quantum Flagship anunciado recentemente. É ótimo ver que os materiais em camadas têm agora um lugar firme entre as abordagens promissoras para geração e manipulação de luz quântica e podem ser facilitadores de uma futura tecnologia integrada. "