Prekidači napravljeni od atoma mijenjaju budućnost računarstva!

Zamislite prekidač za svjetlo, veličine samo nekoliko atoma, koji otpušta fotone jedan po jedan. Ovi kvantni prekidači, ili odašiljači, ključni su gradivni blokovi budućih tehnologija: kvantnih računala, sigurnih komunikacijskih mreža i osjetljivih senzora.

Znanstvenici godinama pokušavaju razumjeti i kontrolirati ove pojave. No, novo istraživanje američkih stručnjaka pokazalo je kako se izvori pojedinačnih fotona u ultratankim materijalima mogu identificirati i konstruirati s atomskom preciznošću.

Emiteri generiraju pojedinačne fotone na zahtjev. Sposobnost koja je bitna za potpunu kontrolu svjetlosti i informacija. Problem je oduvijek bio u tome što su atomski defekti koje uzrokuju izuzetno mali i teško ih je promatrati. Jianguo Wen iz Nacionalnog laboratorija Argonne objasnio je: „Optička svojstva kvantnih emitera određena su njihovom atomskom strukturom, koju je vrlo teško izravno vidjeti.“

Istraživači su se usredotočili na heksagonalni borov nitrid, kristal debljine samo nekoliko atoma. Koristeći instrument QuEEN-M, kombinirali su snimanje na atomskoj skali s katodoluminiscencijskom spektroskopijom, što im je omogućilo izravnu korelaciju emisije svjetlosti sa specifičnim defektima.

Također su otkrili da uvijanje sloja borovog nitrida pod određenim kutovima stvara „uvijena sučelja“ koja pojačavaju signal do 120 puta. To je omogućilo lociranje emitera s preciznošću manjom od 10 nanometara. Ključno otkriće bio je plavi emiter, za koji se pokazalo da je ugljikov dimer, dva atoma ugljika u kristalu.

Thomas Gage je dodao: „Povezujući atomsku strukturu sa svjetlošću, otvorili smo vrata preciznom inženjeringu kvantnih emitera na zahtjev.“

Ovo predstavlja pomak od otkrića prema dizajnu. Precizno pozicionirani izvori pojedinačnih fotona ključni su za izgradnju skalabilnih kvantnih uređaja koji brže obrađuju podatke, sigurno ih prenose i pojačavaju signale uz minimalne gubitke.

Unatoč napretku, metoda zahtijeva visoko specijalizirane mikroskope, što ograničava masovnu proizvodnju. Buduća istraživanja usredotočit će se na veću skalabilnost i razumijevanje kako različite atomske strukture utječu na fotone.