I fisici dell'Università di Würzburg hanno progettato una sorgente di luce che emette coppie di fotoni, che sono particolarmente adatti per la crittografia dei dati a prova di tocco. Gli ingredienti chiave dell'esperimento:un cristallo semiconduttore e del nastro adesivo.

I cosiddetti monostrati sono al centro delle attività di ricerca. Questi cosiddetti "super materiali" sono stati circondati da clamore negli ultimi dieci anni. Questo perché mostrano grandi promesse di rivoluzionare molte aree della fisica.

In fisica, il termine "monostrato" si riferisce a materiali solidi di minimo spessore. Occasionalmente, è spesso solo un singolo strato di atomi; nei cristalli, i monostrati possono essere tre o più strati. Gli esperti parlano anche di materiali bidimensionali. In questa forma, i monostrati possono esibire proprietà inaspettate che li rendono interessanti per la ricerca. Particolarmente promettenti sono i cosiddetti dicalcogenuri dei metalli di transizione (TMDC). Si comportano come semiconduttori e possono essere utilizzati per produrre chip ultra piccoli ed efficienti dal punto di vista energetico, Per esempio.

Inoltre, I TMDC sono in grado di generare luce se alimentati con energia. Dott. Christian Schneider, Il professor Sven Höfling e il loro gruppo di ricerca della cattedra di fisica tecnica della Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) in Baviera, Germania, hanno sfruttato esattamente questo effetto per i loro esperimenti.

Gli esperimenti sono iniziati con il nastro adesivo

Primo, un monostrato è stato prodotto utilizzando un metodo semplice. I ricercatori hanno usato un pezzo di nastro adesivo per staccare una pellicola multistrato da un cristallo TMDC. Utilizzando la stessa procedura, hanno strappato strati sempre più sottili dal film, ripetendo il processo fino a quando il materiale sul nastro era spesso solo uno strato.

I ricercatori hanno quindi raffreddato questo monostrato a una temperatura appena sopra lo zero assoluto e lo hanno eccitato con un laser. Ciò ha fatto sì che il monostrato emettesse singoli fotoni in condizioni specifiche. "Ora siamo stati in grado di dimostrare che un tipo specifico di eccitazione produce non uno ma esattamente due fotoni, " Spiega Schneider. "Le particelle di luce sono generate in coppia, per così dire."

Tali sorgenti a due fotoni possono essere utilizzate per trasferire informazioni al 100% a prova di tocco. Per questo scopo, le particelle di luce sono impigliate. Lo stato del primo fotone ha quindi un impatto diretto su quello del secondo fotone, indipendentemente dalla distanza tra i due. Questo stato può essere utilizzato per crittografare i canali di comunicazione.

I monostrati consentono nuovi laser

In un secondo studio, gli scienziati della JMU hanno dimostrato un'altra applicazione dei monostrati esotici. Hanno montato un monostrato tra due specchi e di nuovo lo hanno stimolato con un laser. La radiazione ha eccitato la piastra TMDC stessa per emettere fotoni. Questi venivano riflessi sulla lastra dagli specchi, dove hanno eccitato gli atomi per creare nuovi fotoni.

"Chiamiamo questo processo accoppiamento forte, " spiega Schneider. Le particelle di luce vengono clonate durante questo processo, in un certo senso. "Luce e materia si ibridano, formando nuove quasi particelle nel processo:polaritoni eccitonici, " dice il fisico. Per la prima volta, è possibile rilevare questi polaritoni a temperatura ambiente in monostrati atomici.

A breve termine, questo aprirà nuove interessanti applicazioni. I fotoni "clonati" hanno proprietà simili alla luce laser. Ma sono fabbricati in modi completamente diversi. Idealmente, la produzione di nuove particelle luminose è autosufficiente dopo l'eccitazione iniziale senza richiedere alcun apporto energetico aggiuntivo. In un laser, però, il materiale che produce luce deve essere eccitato energicamente dall'esterno in modo permanente. Ciò rende la nuova sorgente luminosa altamente efficiente dal punto di vista energetico. Inoltre, è adatto per studiare alcuni effetti quantistici.