Los científicos del Laboratorio de Investigación Naval de los EE. UU. (NRL) y del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL) han desarrollado una forma de escribir directamente fuentes de luz cuántica, que emiten un solo fotón de luz a la vez, en semiconductores monocapa como diselenuro de tungsteno (WSe2). Emisores de fotón único (SPEs), o emisores cuánticos, son componentes clave en una amplia gama de tecnologías nacientes basadas en la tecnología cuántica, incluida la informática, comunicaciones seguras, detección y metrología.

En contraste con los diodos emisores de luz convencionales que emiten miles de millones de fotones simultáneamente para formar un flujo constante de luz, un SPE ideal genera exactamente un fotón bajo demanda, con cada fotón indistinguible de otro. Estas características son esenciales para las tecnologías cuánticas basadas en fotones en desarrollo. Además, tales capacidades deben realizarse en una plataforma de materiales que permita Colocación repetible de SPEs de una manera totalmente escalable compatible con la fabricación de chips semiconductores existentes.

Los científicos de NRL utilizaron un microscopio de fuerza atómica (AFM) para crear depresiones o hendiduras a nanoescala en una sola monocapa de WSe2 sobre un sustrato de película de polímero. Un campo de deformación altamente localizado se produce alrededor de la nano-sangría que crea el estado de emisor de fotón único en el WSe2. Las mediciones correlacionadas con el tiempo realizadas en AFRL de esta emisión de luz confirmaron la verdadera naturaleza de fotón único de estos estados. Estos emisores son brillantes produciendo altas tasas de fotones individuales, y espectralmente estable, requisitos clave para aplicaciones emergentes.

"Esta caligrafía cuántica permite la colocación determinista y el diseño en tiempo real de patrones arbitrarios de SPEs para un acoplamiento fácil con guías de ondas fotónicas, cavidades y estructuras plasmónicas, "dijo Berend Jonker, Doctor., científico senior e investigador principal. "Nuestros resultados también indican que un enfoque de nanoimpresión será eficaz para crear grandes matrices o patrones de emisores cuánticos para la fabricación a escala de obleas de sistemas fotónicos cuánticos".

Dr. Matthew Rosenberger, autor principal del estudio, señala la importancia de este descubrimiento afirmando, "Además de permitir una ubicación versátil de SPE, Estos resultados presentan una metodología general para impartir tensión en materiales bidimensionales (2-D) con precisión a escala nanométrica. proporcionando una herramienta invaluable para futuras investigaciones y futuras aplicaciones de ingeniería de deformación de dispositivos 2-D ".

Los resultados de este estudio allanan el camino para el uso de materiales 2-D como hosts de estado sólido para emisores de fotones únicos en aplicaciones relevantes para la misión del Departamento de Defensa (DoD), como comunicaciones seguras, detección y computación cuántica. Dichas aplicaciones permiten la comunicación entre fuerzas distantes del Departamento de Defensa que no es vulnerable a escuchas o descifrado. un requisito esencial para garantizar la seguridad del guerrero.

La computación cuántica en un chip proporciona capacidad integrada para analizar rápidamente conjuntos de datos muy grandes adquiridos por matrices de sensores, para que no sea necesario transmitir todo el conjunto de datos, reduciendo los requisitos de ancho de banda. Los resultados de la investigación se informan en enero de 2019. ACS Nano .

El equipo de investigación incluyó al Dr. Matthew Rosenberger, Dr. Hsun-Jen Chuang, Dr. Saujan Sivaram, Dra. Kathleen McCreary, y el Dr. Berend Jonker de la División de Ciencia y Tecnología de Materiales de NRL; y el Dr. Chandriker Kavir Dass y el Dr. Joshua R. Hendrickson de la Dirección de Sensores de AFRL. Tanto Rosenberger como Sivaram tienen becas del Consejo Nacional de Investigación (NRC) en NRL, y Chuang tiene una beca de la Sociedad Americana para la Educación en Ingeniería (ASEE) en NRL.