Forscher der University of Technology Sydney haben einen neuen Weg gezeigt, winzige Quantenlichtquellen zu kontrollieren, indem sie atomdünne Schichten aus hexagonalem Bornitrid verdrehen – denn anscheinend brauchten Quantencomputer ein bisschen Schwung.
Der Fortschritt bietet Wissenschaftlern eine neue Methode zur Abstimmung von Quantenemittern, mikroskopischen Lichtquellen, die in zukünftigen Technologien wie Quantencomputing, sicherer Kommunikation und hochempfindlichen Sensoren eine wichtige Rolle spielen könnten. Hauptautor Dr. Angus Gale sagte, die Arbeit biete Forschern ein wertvolles neues Werkzeug, um diese Quantensysteme praktikabler zu machen.
„Man kann diese Quantenemitter messen und sehen, dass es sie gibt, aber es ist schwer, sie in der Praxis zum Laufen zu bringen. Das gibt uns einen Hebel, um dem näher zu kommen – ein Schritt zur Verwirklichung von Quantentechnologien“, sagte Dr. Gale.
Während der Experimente fanden Gale und sein Team heraus, dass das Verdrehen des Materials sowohl die Farbe als auch die Wellenlänge des von den Quantenemittern ausgestrahlten Lichts erheblich verändern konnte. Das Ausmaß der Veränderung war besonders bemerkenswert. Die meisten Studien erzeugen ein Gerät mit einem bestimmten Verdrehungswinkel und lassen es unverändert. Im Gegensatz dazu konnten die Forscher das Material wiederholt anheben, drehen und wieder stapeln, wodurch sie seine Eigenschaften kontinuierlich modifizieren konnten.
„Wir nutzen die Tatsache, dass dieses Material, hexagonales Bornitrid (hBN), geschichtet ist. Wir können es aufnehmen, stapeln, verdrehen und diese Verdrehung nutzen, um die Emitter zu modifizieren. Das kann man mit traditionellen Materialien wie Diamant oder Siliziumkarbid nicht wirklich machen.“
„Der Vorteil ist, dass wir diese verdrehbare Plattform genutzt haben, um die Emission um einen sehr signifikanten Betrag zu verschieben“, sagte Gale. „Oft ist die Manipulation bei der Kontrolle dieser Systeme sehr begrenzt, aber in diesem Fall war die Verschiebung viel größer als erwartet. Anstatt zu versuchen, hBN-Defekte wie traditionelle Festkörperwirte zu behandeln, haben wir hBNs eigene Stärke genutzt: seine dünne, geschichtete, verdrehbare Struktur.“
Gale verglich die Struktur des Materials mit Käsescheiben statt einem festen Block. „Bei einem Block Käse kommt man nicht wirklich an den Geschmack in der Mitte heran. Aber mit Scheiben kann man Schichten abziehen, wieder zusammensetzen und ändern, wie sie interagieren“, sagte er. Da hBN aus extrem dünnen Schichten besteht, können Forscher diese Schichten auf eine Weise trennen und wieder zusammensetzen, die mit konventionelleren Quantenmaterialien nicht möglich ist.
Der leitende Autor Professor Igor Aharonovich sagte, die Fähigkeit, geschichtete Materialien zu verdrehen, sei besonders aufregend, weil sie völlig neues physikalisches Verhalten offenbaren könne. „Man kann zwei Schichten nehmen, die allein nicht viel tun, sie in einem bestimmten Winkel zusammensetzen, und plötzlich hat man ein völlig anderes System“, sagte Professor Aharonovich.
Laut Aharonovich könnten die Ergebnisse dazu beitragen, mehrere aufkommende Quantentechnologien voranzubringen. „Diese Materialien könnten schließlich für Quantencomputer-Kommunikation und Quantensensorik verwendet werden, was für Anwendungen wie Gesundheitswesen, Cybersicherheit und verbessertes GPS hilfreich wäre; und gibt uns mehr Kontrolle über die Bausteine, die nötig sind, um dorthin zu gelangen.“