I dicalcogenuri dei metalli di transizione (TMD) sono semiconduttori a strati che possono essere esfoliati in strati dello spessore di pochi atomi. Recenti ricerche hanno dimostrato che alcuni TMD possono contenere sorgenti di luce quantistica in grado di emettere singoli fotoni di luce. Fino ad ora, il verificarsi di questi emettitori di luce quantistica è stato casuale. Ora, ricercatori della Graphene Flagship che lavorano all'Università di Cambridge, UK, hanno creato array su larga scala di questi emettitori quantistici in diversi materiali TMD. Il lavoro, coinvolgendo anche ricercatori dell'Università di Harvard, NOI, è pubblicato in Comunicazioni sulla natura . Questo nuovo approccio porta a grandi quantità di on-demand, emettitori di fotoni singoli, aprendo la strada all'integrazione di ultrasottili, singoli fotoni nei dispositivi elettronici.

Emettitori di luce quantistica, o punti quantici, sono di interesse per molte applicazioni diverse, comprese le comunicazioni e le reti quantistiche. Fino ad ora, è stato molto difficile produrre grandi schiere di emettitori quantistici ravvicinati mantenendo l'alta qualità delle sorgenti di luce quantistica. "È quasi un problema di riccioli d'oro:sembra che si ottengano buone sorgenti di singoli fotoni, o buoni array ma non entrambi contemporaneamente. Ora, all'improvviso, possiamo avere centinaia di questi emettitori in un campione, " disse Mete Atatüre, professore al Cavendish Laboratory dell'Università di Cambridge.

Le occorrenze casuali di punti quantici in TMD hanno reso difficile l'indagine sistematica. "La capacità di creare le nostre fonti in modo deterministico ha apportato un cambiamento drammatico nel modo in cui svolgiamo le nostre ricerche quotidiane. In precedenza era pura fortuna, e dovevamo tenere alto il morale anche se non ci riuscivamo. Ora, possiamo fare ricerca in modo più sistematico, " ha affermato Atatüre. Non solo questo nuovo metodo rende più semplice l'esecuzione della ricerca, ma porta anche a miglioramenti negli emettitori stessi:"La qualità degli emettitori che creiamo apposta sembra essere migliore dei punti quantici naturali".

Dhiren Kara, un ricercatore presso il Laboratorio Cavendish, ha detto "C'è un sacco di mistero che circonda questi emettitori, come nascono e come funzionano. Ora, si possono creare direttamente gli emettitori e non ci si deve preoccupare di aspettare che appaiano casualmente. In tal senso, accelera molto la scienza."

Per creare le sorgenti di luce quantistica, i ricercatori hanno tagliato una serie di pilastri su scala nanometrica in silice o nanodiamante, e poi ha sospeso lo strato di TMD di pochi atomi di spessore sopra i pilastri. Gli emettitori quantistici vengono quindi creati nel TMD dove è supportato dai pilastri, quindi è possibile scegliere esattamente dove devono essere generati i singoli fotoni. "Il fatto che gli emettitori siano generati in modo meccanico è positivo, perché significa che sono abbastanza robusti, e materiale indipendente, " disse Carmen Palacios-Berraquero, ricercatore presso il Cavendish Laboratory e primo autore dell'opera.

La generazione deterministica e robusta di sorgenti quantistiche significa nuove opportunità per strutture ibride di funzioni fotoniche ed elettroniche stratificate insieme. Gli array quantistici sono completamente scalabili e compatibili con la fabbricazione di chip di silicio.

Andrea Ferrari, Responsabile per la scienza e la tecnologia e presidente del comitato di gestione dell'ammiraglia del grafene, è stato coinvolto anche nella ricerca. Ha aggiunto:"Le tecnologie quantistiche sono riconosciute come aree di investimento chiave per l'Europa, con una nuova ammiraglia quantistica recentemente annunciata. È bello vedere che i materiali stratificati hanno ora un posto fisso tra gli approcci promettenti per la generazione e la manipolazione della luce quantistica e potrebbero essere fattori abilitanti di una futura tecnologia integrata".