Los físicos de la Universidad de Würzburg han diseñado una fuente de luz que emite pares de fotones, que son especialmente adecuados para el cifrado de datos a prueba de interrupciones. Los ingredientes clave del experimento:un cristal semiconductor y cinta adhesiva.

Las denominadas monocapas están en el centro de las actividades de investigación. Estos supuestos "supermateriales" han estado rodeados de publicidad durante la última década. Esto se debe a que prometen revolucionar muchas áreas de la física.

En física, el término "monocapa" se refiere a materiales sólidos de espesor mínimo. De vez en cuando, tiene sólo una capa de átomos de espesor; en cristales, las monocapas pueden ser de tres o más capas. Los expertos también hablan de materiales bidimensionales. Ene sta forma, las monocapas pueden presentar propiedades inesperadas que las hacen interesantes para la investigación. Los llamados dicalcogenuros de metales de transición (TMDC) son particularmente prometedores. Se comportan como semiconductores y se pueden utilizar para fabricar chips ultrapequeños y energéticamente eficientes. por ejemplo.

Es más, Los TMDC son capaces de generar luz cuando se les suministra energía. Dr. Christian Schneider, El profesor Sven Höfling y su equipo de investigación de la Cátedra de Física Técnica de la Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) en Baviera, Alemania, han aprovechado exactamente este efecto para sus experimentos.

Los experimentos comenzaron con cinta adhesiva

Primero, se produjo una monocapa usando un método simple. Los investigadores utilizaron un trozo de cinta adhesiva para despegar una película multicapa de un cristal TMDC. Usando el mismo procedimiento, quitaron capas cada vez más delgadas de la película, repitiendo el proceso hasta que el material de la cinta tenga solo una capa de espesor.

Luego, los investigadores enfriaron esta monocapa a una temperatura justo por encima del cero absoluto y la excitaron con un láser. Esto provocó que la monocapa emitiera fotones individuales en condiciones específicas. "Ahora pudimos demostrar que un tipo específico de excitación produce no uno, sino exactamente dos fotones, "Explica Schneider." Las partículas de luz se generan en pares, por así decirlo."

Estas fuentes de dos fotones se pueden utilizar para transferir información 100 por ciento a prueba de golpes. Para este propósito, las partículas de luz están enredadas. El estado del primer fotón tiene un impacto directo sobre el del segundo fotón, independientemente de la distancia entre los dos. Este estado se puede utilizar para cifrar canales de comunicación.

Las monocapas permiten láseres novedosos

En un segundo estudio, los científicos de JMU demostraron otra aplicación de monocapas exóticas. Montaron una monocapa entre dos espejos y la estimularon nuevamente con un láser. La radiación excitó la propia placa TMDC para emitir fotones. Estos se reflejaban en la placa por los espejos, donde excitaron a los átomos para crear nuevos fotones.

"A este proceso lo llamamos acoplamiento fuerte, ", Explica Schneider. Las partículas de luz se clonan durante este proceso, en una forma de hablar. "La luz y la materia se hibridan, formando nuevas cuasi partículas en el proceso:excitones polaritones, "dice el físico. Por primera vez, es posible detectar estos polaritones a temperatura ambiente en monocapas atómicas.

A corto plazo, esto abrirá nuevas e interesantes aplicaciones. Los fotones "clonados" tienen propiedades similares a la luz láser. Pero se fabrican de formas completamente diferentes. Idealmente, la producción de nuevas partículas de luz es autosuficiente después de la excitación inicial sin requerir ningún suministro de energía adicional. En un láser sin embargo, el material que produce la luz tiene que ser excitado enérgicamente desde el exterior de forma permanente. Esto hace que la nueva fuente de luz sea altamente eficiente en energía. Es más, es muy adecuado para estudiar ciertos efectos cuánticos.