Фізики пропонують використовувати вібрації, що поширюються між шарами атомів для кодування і передачі інформації. Дослідження опубліковано в журналі Nature Technology.
Дослідники з Вашингтонського університету продемонстрували можливість реєструвати «атомне дихання» — механічну вібрацію між двома шарами атомів. Вони розробили пристрій, який аналізує світло, що випромінюється атомами при стимуляції лазером, може служити новим типом будівельного блоку для квантових технологій.
Вчені досліджували поведінку екситонів — квантової квазічастинки, що представляє електронне збудження в діелектриці. Для цього дослідники використовували два тонкі шари атомів вольфраму і селену (діселеніда вольфраму), поміщених один на одного. Впливаючи на матеріал за допомогою точного лазерного імпульсу, фізики вибили електрон атома з ядра, що призвело до утворення екситонної квазічастинки.
Кожен екситон складався з негативно зарядженого електрона на одному шарі діселеніда вольфраму і позитивно зарядженої діри на тому місці, де раніше знаходився електрон, на іншому шарі. Через короткий час, коли електрон впав назад в дірку, яку він раніше займав, екситон віддав один фотон, закодований квантовою інформацією, створивши квантовий випромінювач.
Ілюстрація «атомного дихання» в діселеніді вольфраму. Зображення: Adina Ripin et al., Nature Technology
При цьому дослідники виявили, що атоми діселеніду вольфраму також випускають інший тип квазічастин, відомий як фонон. Фонони є продуктом атомної вібрації, схожої на дихання. Два атомних шару діселеніда вольфраму діяли як крихітні барабанні пластини, вібруючі відносно один одного, і генерували фонони.
Коли дослідники виміряли спектр випромінюваного світла, вони помітили кілька піків, розташованих на рівній відстані один від одного. Кожен окремий фотон, що випускається екситоном, був пов’язаний з одним або декількома фононами. Це схоже на сходження по сходах квантової енергії по одному щаблі за раз, кажуть фізики: на спектрі ці енергетичні сплески були візуально представлені піками, розташованими на однаковій відстані один від одного.
Дослідники показали, що за допомогою електричної напруги вони можуть змінювати енергію взаємодії пов’язаних фононів і фотонів, що випускаються. Ці варіації можна було виміряти і контролювати. Інженери вважають, що знайдені властивості можна використовувати для кодування і передачі квантової інформації.