Los dicalcogenuros de metales de transición (TMD) son semiconductores en capas que pueden exfoliarse en capas de solo unos pocos átomos de espesor. Investigaciones recientes han demostrado que algunos TMD pueden contener fuentes de luz cuántica que pueden emitir fotones de luz individuales. Hasta ahora, la aparición de estos emisores de luz cuántica ha sido aleatoria. Ahora, investigadores del Graphene Flagship que trabajan en la Universidad de Cambridge, REINO UNIDO, han creado matrices a gran escala de estos emisores cuánticos en diferentes materiales TMD. La obra, también involucra a investigadores de la Universidad de Harvard, NOSOTROS, se publica en Comunicaciones de la naturaleza . Este nuevo enfoque conduce a grandes cantidades de bajo demanda, emisores de fotones únicos, allanando el camino para la integración ultradelgada, fotones individuales en dispositivos electrónicos.

Emisores de luz cuántica, o puntos cuánticos, son de interés para muchas aplicaciones diferentes, incluyendo redes y comunicaciones cuánticas. Hasta ahora, Ha sido muy difícil producir grandes conjuntos de emisores cuánticos juntos manteniendo la alta calidad de las fuentes de luz cuántica. "Es casi un problema de Ricitos de Oro; parece que uno obtiene buenas fuentes de fotones individuales, o buenas matrices pero no ambas al mismo tiempo. Ahora, de repente, podemos tener cientos de estos emisores en una muestra, "dijo Mete Atatüre, profesor del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge.

Las apariciones aleatorias de puntos cuánticos en TMD dificultaron la investigación sistemática. "La capacidad de crear de manera determinista nuestras fuentes ha supuesto un cambio drástico en la forma en que realizamos nuestra investigación diaria. Anteriormente, era pura suerte, y teníamos que mantener el ánimo en alto incluso si no lo logramos. Ahora, podemos investigar de una manera más sistemática, ", dijo Atatüre. Este nuevo método no solo hace que la investigación sea más sencilla, pero también conduce a mejoras en los propios emisores:"La calidad de los emisores que creamos a propósito parece ser mejor que los puntos cuánticos naturales".

Dhiren Kara, investigador del Laboratorio Cavendish, dijo "Hay mucho misterio en torno a estos emisores, en cómo se originan y cómo funcionan. Ahora, uno puede crear directamente los emisores y no tener que preocuparse por esperar a que aparezcan al azar. En ese sentido, acelera gran parte de la ciencia ".

Para crear las fuentes de luz cuántica, los investigadores cortaron una serie de pilares a nanoescala en sílice o nanodiamante, y luego suspendió la capa de TMD de pocos átomos de espesor en la parte superior de los pilares. Luego, los emisores cuánticos se crean en el TMD donde se apoyan en los pilares, por lo que es posible elegir exactamente dónde se deben generar los fotones individuales. "El hecho de que los emisores se generen de forma mecánica es bueno, porque significa que son bastante robustos, y material independiente, "dijo Carmen Palacios-Berraquero, investigador del Laboratorio Cavendish y primer autor del trabajo.

La generación determinista y robusta de fuentes cuánticas significa nuevas oportunidades para estructuras híbridas de funciones fotónicas y electrónicas superpuestas. Las matrices cuánticas son totalmente escalables y compatibles con la fabricación de chips de silicio.

Andrea Ferrari, Oficial de ciencia y tecnología y presidente del panel de gestión de Graphene Flagship, también participó en la investigación. Añadió que "las tecnologías cuánticas son reconocidas como áreas de inversión clave para Europa, con un nuevo buque insignia de Quantum anunciado recientemente. Es genial ver que los materiales en capas ocupan ahora un lugar firme entre los enfoques prometedores para la generación y manipulación de luz cuántica y podrían ser los habilitadores de una futura tecnología integrada ".