p Cientistas do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA (NRL) e do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea (AFRL) desenvolveram uma maneira de escrever diretamente fontes de luz quântica, que emitem um único fóton de luz por vez, em semicondutores de monocamada, como disseleneto de tungstênio (WSe2). Emissores de fóton único (SPEs), ou emissores quânticos, são componentes-chave em uma ampla gama de tecnologias emergentes baseadas em quantum, incluindo computação, comunicações seguras, sensoriamento e metrologia. p Em contraste com os diodos emissores de luz convencionais, que emitem bilhões de fótons simultaneamente para formar um fluxo constante de luz, um SPE ideal gera exatamente um fóton sob demanda, com cada fóton indistinguível de outro. Essas características são essenciais para tecnologias quânticas baseadas em fótons em desenvolvimento. Além disso, tais recursos devem ser realizados em uma plataforma de material que permite colocação repetível de SPEs de uma forma totalmente escalonável, compatível com a fabricação de chips semicondutores existentes.

p Os cientistas do NRL usaram um microscópio de força atômica (AFM) para criar depressões ou recortes em nanoescala em uma única monocamada de WSe2 em um substrato de filme de polímero. Um campo de deformação altamente localizado é produzido em torno do nano-indent que cria o estado emissor de fóton único no WSe2. Medições correlacionadas com o tempo realizadas no AFRL desta emissão de luz confirmaram a verdadeira natureza de fóton único desses estados. Esses emissores são brilhantes, produzindo altas taxas de fótons individuais, e espectralmente estável, requisitos-chave para aplicativos emergentes.

p "Esta caligrafia quântica permite a colocação determinística e design em tempo real de padrões arbitrários de SPEs para fácil acoplamento com guias de ondas fotônicas, cavidades e estruturas plasmônicas, "disse Berend Jonker, Ph.D., cientista sênior e investigador principal. "Nossos resultados também indicam que uma abordagem de nanoimpressão será eficaz na criação de grandes matrizes ou padrões de emissores quânticos para fabricação em escala de wafer de sistemas fotônicos quânticos."

p Dr. Matthew Rosenberger, autor principal do estudo, aponta a importância desta descoberta afirmando, "Além de permitir a colocação versátil de SPEs, esses resultados apresentam uma metodologia geral para transmitir tensão em materiais bidimensionais (2-D) com precisão em escala nanométrica, fornecendo uma ferramenta inestimável para futuras investigações e aplicações futuras de engenharia de deformação de dispositivos 2-D. "

p Os resultados deste estudo abrem caminho para o uso de materiais 2-D como hospedeiros de estado sólido para emissores de fóton único em aplicações relevantes para a missão do Departamento de Defesa (DoD), como comunicações seguras, detecção e computação quântica. Tais aplicativos permitem a comunicação entre forças DoD distantes, que não são vulneráveis ​​a espionagem ou descriptografia, um requisito essencial para garantir a segurança do guerreiro.

p A computação quântica em um chip fornece capacidade integrada para analisar rapidamente conjuntos de dados muito grandes adquiridos por matrizes de sensores, para que todo o conjunto de dados não precise ser transmitido, reduzindo os requisitos de largura de banda. Os resultados da pesquisa são relatados em janeiro de 2019 ACS Nano .

p A equipe de pesquisa incluiu o Dr. Matthew Rosenberger, Dr. Hsun-Jen Chuang, Dr. Saujan Sivaram, Dra. Kathleen McCreary, e Dr. Berend Jonker da Divisão de Ciência e Tecnologia de Materiais da NRL; e o Dr. Chandriker Kavir Dass e o Dr. Joshua R. Hendrickson do AFRL Sensors Directorate. Rosenberger e Sivaram têm bolsas de estudo do National Research Council (NRC) no NRL, e Chuang tem uma bolsa de estudos da American Society for Engineering Education (ASEE) na NRL.