시드니 공과대학 연구진이 육방정 질화붕소의 원자 두께 층을 비틀어 양자 광원을 제어하는 새로운 방법을 선보였다. 양자 컴퓨터에 약간의 스핀이 필요했던 모양이다.

이 발전은 과학자들에게 양자 이미터를 조정하는 새로운 방법을 제공한다. 양자 이미터는 양자 컴퓨팅, 보안 통신, 초고감도 센서 같은 미래 기술에서 중요한 역할을 할 수 있는 미세한 광원이다. 주저자 앵거스 게일 박사는 이 연구가 양자 시스템을 더 실용적으로 만드는 귀중한 도구를 제공한다고 말했다.

"이 양자 이미터를 측정하고 존재를 확인할 수는 있지만 실제로 작동하게 만드는 것은 어렵습니다. 이 연구는 그 목표에 한 걸음 더 가까이 다가갈 수 있는 지렛대를 제공합니다. 양자 기술 실현을 위한 한 단계입니다."라고 게일 박사는 말했다.

실험에서 게일과 그의 팀은 재료를 비틀면 양자 이미터에서 방출되는 빛의 색과 파장이 크게 변할 수 있음을 발견했다. 변화의 폭은 특히 주목할 만했다. 대부분의 연구는 특정 비틀림 각도로 장치를 만들고 그대로 두는 반면, 연구진은 재료를 반복적으로 들어 올리고 회전시키고 다시 쌓아 특성을 지속적으로 수정할 수 있었다.

"우리는 이 재료인 육방정 질화붕소(hBN)가 층상 구조라는 사실을 활용하고 있습니다. 층을 들어 올리고, 쌓고, 비틀어서 이미터를 수정할 수 있습니다. 다이아몬드나 탄화규소 같은 전통적인 재료로는 그렇게 할 수 없습니다."

"이점은 이 비틀 수 있는 플랫폼을 사용하여 방출을 매우 크게 이동시켰다는 것입니다."라고 게일은 말했다. "이러한 시스템을 제어할 때 조작 범위가 매우 제한적인 경우가 많지만, 이 경우 예상보다 훨씬 큰 이동이 일어났습니다. hBN 결함을 전통적인 고체 호스트처럼 작동하게 하려고 하기보다는 hBN 자체의 강점인 얇고 층상이며 비틀 수 있는 구조를 활용했습니다."

게일은 재료의 구조를 단단한 블록이 아닌 치즈 조각에 비유했다. "치즈 블록으로는 중간의 맛에 접근할 수 없습니다. 하지만 조각으로는 층을 벗겨내고 다시 합쳐서 상호작용 방식을 바꿀 수 있습니다." hBN은 극도로 얇은 층으로 이루어져 있기 때문에 연구진은 기존의 양자 재료로는 불가능한 방식으로 층을 분리하고 재조립할 수 있다.

공동 저자인 이고르 아하로노비치 교수는 층상 재료를 비틀 수 있는 능력이 완전히 새로운 물리적 거동을 드러낼 수 있기 때문에 특히 흥미롭다고 말했다. "자체로는 별 기능이 없는 두 층을 특정 각도로 합치면 갑자기 완전히 다른 시스템이 됩니다."라고 아하로노비치 교수는 말했다.

아하로노비치에 따르면, 이 발견은 여러 떠오르는 양자 기술을 발전시키는 데 도움이 될 수 있다. "이 재료들은 궁극적으로 양자 컴퓨팅 통신과 양자 센싱에 사용될 수 있으며, 이는 의료, 사이버 보안, 개선된 GPS와 같은 응용 분야에 도움이 될 것입니다. 그리고 그 목표에 도달하는 데 필요한 구성 요소에 대한 더 많은 제어권을 제공합니다."