Gli scienziati del Naval Research Laboratory degli Stati Uniti hanno scoperto una nuova piattaforma per le tecnologie quantistiche sospendendo cristalli bidimensionali (2-D) sui pori in una lastra d'oro. Questo nuovo approccio può aiutare a sviluppare nuovi materiali per comunicazioni sicure e tecnologie di rilevamento basate sulle leggi uniche della fisica a livello atomico.

"Non ci saremmo mai aspettati che questi materiali atomicamente sottili potessero influenzare l'ordinamento di tutti gli atomi in una lastra d'oro così grande, " ha detto Jeremy Robinson, uno scienziato di ricerca sui materiali presso l'NRL. "Quando riscaldato, il metallo rifluisce per formare una struttura porosa e gli atomi d'oro si agganciano al registro con gli atomi nello strato 2-D sopra."

Il team di ricerca prevedeva di osservare la deumidificazione, un processo risultante dall'interazione tra le superfici di due solidi. Invece di goccioline che si formano sulla base di vetro sotto l'oro, il riscaldamento ha provocato un riorientamento della soletta metallica sottostante. L'oro è diventato poroso e questo cambiamento fisico ha portato i ricercatori a testare altri effetti collaterali della fusione.

"Abbiamo anche scoperto che questa combinazione può creare un gran numero di sorgenti di luce quantistica in un, una specie di, rete già pronta, " ha detto Andrew Yeats, fisico ricercatore presso NRL. "L'allineamento tra gli strati atomici può facilitare il trasferimento di energia tra gli emettitori attraverso la struttura dorata che li collega".

I ricercatori hanno verificato che la luce emanata dai semiconduttori 2-D risulta come singole particelle luminose, o fotoni. Questi emettitori possono trasferire energia l'uno all'altro attraverso lo strato d'oro.

"Facciamo luce su una parte del campione e osserviamo la luce che esce da un'altra parte, " ha detto Robinson. "Questo ci insegna come l'energia può essere accoppiata nello strato d'oro a un certo punto, propagato a un diverso sito di emettitore quantistico lontano e riemesso come luce che potevamo vedere".

La capacità di controllare a distanza la tubazione dell'energia verso un emettitore a singolo fotone rende questo sistema interessante per la tecnologia quantistica.

"Man mano che miglioriamo nel controllo del modo in cui il semiconduttore 2-D interagisce con i pori della pellicola metallica, è facile immaginare diverse tecnologie che potrebbero utilizzare queste proprietà." ha detto Robinson. "I sensori sono un buon primo obiettivo, che può sfruttare le membrane atomicamente sottili tese attraverso la struttura metallica porosa."

Mentre i ricercatori hanno condotto questo lavoro utilizzando una lastra d'oro sotto il sottile strato di semiconduttore, altri metalli possono rispondere allo stesso modo dell'oro. Il team dell'NRL continua a studiare come varie combinazioni di materiali e strutture possono creare sorgenti di singoli fotoni con proprietà uniche, una componente chiave delle comunicazioni sicure.