Gold-basierte 2D-Kristall-Plattform für Quanten-Technologien der nächsten Generation

Wissenschaftler entdeckten eine neue Plattform für Quantentechnologien, indem sie zweidimensionale (2D) Kristalle über Poren in einer Goldplatte suspendierten. Beim Erhitzen fließt das Metall und bildet eine poröse Struktur, wobei die Goldatome in Registrierung mit den Atomen der darüber liegenden 2D-Schicht einrasten. Statt Tropfen auf dem darunter liegenden Glassubstrat zu bilden, verursachte die Erwärmung eine Neuorientierung der darunter liegenden Metallplatte. Das Gold wurde durchgehend porös, und diese physikalische Veränderung führte die Forschenden dazu, weitere Nebeneffekte der Vereinigung zu testen.

Sie entdeckten zudem, dass die Kombination eine große Anzahl von Quantenlichtquellen in einem fertigen Netzwerk erzeugen kann. Die Ausrichtung zwischen den Atomlagen kann den Energietransfer zwischen den Emittern durch das sie verbindende Goldgerüst erleichtern.

Forschende verifizierten, dass das von den 2D-Halbleitern emittierte Licht als einzelne Lichtteilchen – Photonen – austritt. Diese Emitter können Energie untereinander durch die Goldschicht übertragen. Licht wird auf einen Teil der Probe gelenkt, und Forschende betrachten das an einem anderen Teil austretende Licht. Dies zeigt, wie Energie an einem Punkt in die Goldschicht eingekoppelt, zu einem weit entfernten Quantenemitter fortgeleitet und dort als sichtbares Licht wieder emittiert wird.

Die Fähigkeit, die Energieleitung zu einem Einzelphotonen-Emitter fernzusteuern, macht dieses System attraktiv für Quantentechnologien. Sensoren sind eine Erstauswendung; sie können von den atomar dünnen Membranen profitieren, die über dem porösen Metallgerüst gespannt sind.

Während die Arbeiten mit einer Goldplatte unter der dünnen Halbleiterschicht durchgeführt wurden, können andere Metalle ähnlich reagieren. Das Team untersucht weiter, wie verschiedene Materialkombinationen und Strukturen Einzelphotonenquellen mit einzigartigen Eigenschaften erzeugen können – eine Schlüsselkomponente sicherer Kommunikation.