在以量子技術(shù)為基礎(chǔ)的未來中，光勢會推動飛機和宇宙飛船的發(fā)展。量子計算機將以比現(xiàn)有處理器更快的速度和更高的能源效率解決從化學到密碼學的復(fù)雜問題。但是在這個未來實現(xiàn)之前，我們需要明亮，按需，可預(yù)測的量子光源。

為此，一隊美國斯坦福大學的材料科學家，物理學家和工程師，與哈佛大學和悉尼科技大學實驗室合作，一直在調(diào)查六方氮化硼，可發(fā)出明亮的光作為一個材料單光子 -a光的量子單位。而且它可以在室溫下做到這一點，與替代量子源相比，它更易于使用。

不幸的是，六方氮化硼有一個明顯的缺點：它以不同色調(diào)的彩虹發(fā)光。斯坦福大學材料科學與工程學副教授詹妮弗·迪恩(Jennifer Dionne)的主要作者，研究生 Fariah Hayee說：“雖然這種發(fā)光很漂亮，但目前無法控制顏色。” “我們想知道多色發(fā)射的來源，其最終目標是控制發(fā)射。”

通過采用微觀方法的組合，科學家能夠追蹤材料的彩色發(fā)射到特定的原子缺陷。由合著者，哈佛大學計算材料科學助理教授Prineha Narang領(lǐng)導的小組還開發(fā)了一種新理論，通過考慮材料中的光，電子和熱相互作用來預(yù)測缺陷的顏色。

論文的共同作者，哈佛大學NarangLab研究生Christopher Ciccarino說：“我們需要知道這些缺陷如何與環(huán)境耦合，以及是否可以用作識別和控制它們的指紋。”

研究人員在3月24日的《自然材料》雜志上發(fā)表了一篇論文，描述了他們的技術(shù)和不同類別的缺陷。

多尺度顯微鏡

識別導致量子發(fā)射的缺陷有點像在一個沒有手機的擁擠城市中尋找朋友。您知道他們在那里，但是您必須掃描整個城市以找到其確切位置。

通過擴展Dionne實驗室開發(fā)的一種改良型電子顯微鏡的功能，科學家們能夠?qū)⒘降鸬木植吭蛹壗Y(jié)構(gòu)與其獨特的顏色發(fā)射相匹配。在數(shù)百次實驗過程中，他們用電子和可見光轟擊了這種材料，并記錄了光發(fā)射的模式。他們還研究了六方氮化硼中原子的周期性排列如何影響發(fā)射顏色。

海耶說：“面臨的挑戰(zhàn)是從看似非?；靵y的量子系統(tǒng)中找出結(jié)果。只是一個測量并不能說明全部情況。” “但是綜合起來，再加上理論，數(shù)據(jù)非常豐富，并且為這種材料中的量子缺陷提供了清晰的分類。”

除了他們對六方氮化硼中缺陷發(fā)射類型的特定發(fā)現(xiàn)之外，該團隊開發(fā)的收集和分類這些量子光譜的過程本身可能對一系列量子材料具有變革性。

“材料可以以接近原子級的精度制造，但我們?nèi)圆煌耆私獠煌脑优帕腥绾斡绊懫涔怆娞匦裕?rdquo;也是熱力學極限能量前沿研究中心光子學主任的狄昂(Dionne)說。 PTL-EFRC)。“我們團隊的方法揭示光在原子尺度，途中排放到激動人心的量子光學技術(shù)的主機。”

學科的疊加

盡管現(xiàn)在的重點是了解哪些缺陷會引起某些顏色的量子發(fā)射，但最終的目的是控制其性質(zhì)。例如，該團隊設(shè)想了量子發(fā)射器的戰(zhàn)略布置，以及為將來的量子計算機打開和關(guān)閉它們的發(fā)射。

在這一領(lǐng)域的研究需要跨學科的方法。這項工作匯聚了材料科學家，物理學家和電氣工程師，包括實驗家和理論家，包括斯坦福大學應(yīng)用物理學教授Tony Heinz和SLAC國家加速器實驗室的光子科學教授，以及Jensen Huang全球領(lǐng)導力教授JelenaVu?kovic。工程學院。

Dionne說：“我們能夠為創(chuàng)建具有可控特性(例如顏色，強度和位置)的量子源奠定基礎(chǔ)。” “我們從幾個不同角度研究這個問題的能力證明了跨學科方法的優(yōu)勢。”