Los investigadores del Graphene Flagship utilizan materiales en capas para crear diodos emisores de luz cuántica LED totalmente eléctricos con emisión de fotón único. Estos LED tienen potencial como fuentes de fotones en chip en aplicaciones de información cuántica.
Investigadores de Graphene Flagship han desarrollado LED atómicamente delgados que emiten un fotón a la vez. Construidos con capas de materiales atómicamente delgados, incluidos dicalcogenuros de metales de transición TMD, grafeno y nitruro de boro, los LED ultradelgados muestran todo-La generación eléctrica de un solo fotón podría ser una excelente fuente de luz cuántica en chip para una amplia gama de aplicaciones fotónicas para redes y comunicaciones cuánticas. La investigación, informada en Comunicaciones de la naturaleza , fue dirigido por la Universidad de Cambridge, Reino Unido.
Los dispositivos ultradelgados informados en el documento están construidos con capas delgadas de diferentes materiales en capas, apilados para formar una heteroestructura. Se inyecta corriente eléctrica en el dispositivo, formando un túnel de grafeno de una sola capa, a través de la acción de nitruro de boro de pocas capas.como una barrera de túnel, y en el material TMD mono o bicapa, como el diselenuro de tungsteno WSe2, donde los electrones se recombinan con agujeros para emitir fotones individuales. A altas corrientes, esta recombinación ocurre en toda la superficie del dispositivo,mientras que a bajas corrientes, el comportamiento cuántico es aparente y la recombinación se concentra en emisores cuánticos altamente localizados.
La emisión de fotón único totalmente eléctrica es una prioridad clave para la optoelectrónica cuántica integrada. Por lo general, la generación de fotón único se basa en la excitación óptica y requiere configuraciones ópticas a gran escala con láseres y una alineación precisa de los componentes ópticos. Esta investigación trae un chipla emisión de un solo fotón para la comunicación cuántica un paso más cerca. El profesor Mete Atatüre Laboratorio Cavendish, Universidad de Cambridge, Reino Unido, coautor de la investigación, explica: "En última instancia, en un circuito escalable, necesitamos dispositivos totalmente integrados que podamos controlar medianteimpulsos eléctricos, en lugar de un láser que se enfoca en diferentes segmentos de un circuito integrado. Para la comunicación cuántica con fotones individuales y redes cuánticas entre diferentes nodos, por ejemplo, para acoplar qubits, queremos poder simplemente impulsar la corriente,y apague la luz. Hay muchos emisores que son ópticamente excitables, pero solo unos pocos son accionados eléctricamente "En sus dispositivos, una corriente modesta de menos de 1 µA aseguras que el comportamiento de un solo fotón domina las características de emisión.
La estructura en capas de los TMD los hace ideales para su uso en heteroestructuras ultradelgadas para su uso en chips, y también agrega el beneficio de una interfaz de capa atómicamente precisa. Los emisores cuánticos están muy localizados en la capa TMD y tienen espectros de emisión espectralmente nítidos.La naturaleza en capas también ofrece una ventaja sobre algunos otros emisores de fotón único para una integración factible y efectiva en circuitos nanofotónicos. El profesor Frank Koppens ICFO, España, líder del Paquete de trabajo 8 - Optoelectrónica y fotónica, agrega "Fuentes de fotón único impulsadas eléctricamenteson esenciales para muchas aplicaciones, y esta primera realización con materiales en capas es un verdadero hito. Esta plataforma ultradelgada y flexible ofrece altos niveles de sintonía, libertad de diseño y capacidades de integración con plataformas nanoelectrónicas, incluido el CMOS de silicio ".
Esta investigación es un ejemplo fantástico de las posibilidades que se pueden abrir con nuevos descubrimientos sobre materiales. Se descubrió la existencia de puntos cuánticos en TMD en capas solo muy recientemente, con investigaciones publicadas simultáneamente a principios de 2015 por varios grupos de investigación diferentes, incluidos grupos actualmentetrabajando en el Graphene Flagship. El Dr. Marek Potemski y sus colaboradores del CNRS Francia en colaboración con investigadores de la Universidad de Varsovia Polonia descubrieron emisores cuánticos estables en los bordes de las monocapas WSe2, que mostraban fotoluminiscencia altamente localizada con fotones únicoscaracterísticas de emisión. El profesor Kis y sus colegas que trabajan en ETH Zurich y EPFL Suiza también observaron emisores de fotones únicos con anchos de línea estrechos en WSe2. Al mismo tiempo, el profesor van der Zant y sus colegas de la Universidad Tecnológica de Delft Países Bajos, trabajando con investigadoresen la Universidad de Münster Alemania observó que los emisores localizados en WSe2 se deben a traexcitones pped, y sugirió que se originan a partir de defectos estructurales.Estos emisores cuánticos tienen el potencial de suplantar la investigación sobre las contrapartes de puntos cuánticos más tradicionales debido a sus numerosos beneficios de los dispositivos ultrafinos de las estructuras en capas.
Con esta investigación, los emisores cuánticos ahora se ven en otro material TMD, a saber, disulfuro de tungsteno WS2. El profesor Atatüre dice: "Elegimos WS2 porque tiene una mayor banda prohibida, y queríamos ver si diferentes materiales ofrecían diferentes partes del espectro.para la emisión de fotón único. Con esto, hemos demostrado que la emisión cuántica no es una característica única de WSe2, lo que sugiere que muchos otros materiales en capas también podrían albergar características similares a puntos cuánticos ".
El profesor Andrea Ferrari Universidad de Cambridge, Reino Unido, presidente del Panel de gestión insignia de grafeno y oficial de ciencia y tecnología del buque insignia, también es coautor de la investigación. Agrega: "Estamos apenas rascando la superficie de las muchas aplicaciones posiblesde dispositivos preparados combinando grafeno con otros materiales aislantes, semiconductores, superconductores o en capas metálicas. En este caso, no solo hemos demostrado fuentes de fotones controlables, sino que también hemos demostrado que el campo de las tecnologías cuánticas puede beneficiarse enormemente de los materiales en capas.Espero que esto traiga sinergias entre Graphene Flagship y sus investigadores, y el recientemente anunciado Quantum Technologies Flagship, que comenzará en los próximos años. Seguramente vendrán muchos más resultados y aplicaciones interesantes ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por buque insignia de grafeno . Original escrito por Sophia Lloyd. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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