Учёные создали атомный переключатель света для управления одиночными фотонами по требованию 14.12.2025 5 Представьте себе переключатель света настолько маленький, что он состоит всего из нескольких атомов, и настолько точный, что испускает свет по одному фотону за раз. Эти крошечные устройства, известные как квантовые излучатели, считаются одним из ключевых компонентов для технологий будущего, таких как квантовые компьютеры, сверхзащищённые сети связи и чрезвычайно чувствительные сенсоры. Долгие годы учёные сталкивались с трудностями в полном понимании и контроле над ними, но теперь эта ситуация меняется. В недавнем исследовании американские специалисты пролили свет на процесс идентификации, проектирования и размещения источников одиночных фотонов с атомарной точностью внутри ультратонких материалов. Это достижение устраняет одно из главных препятствий в науке о квантовых материалах и приближает создание практичных квантовых устройств. Квантовые излучатели испускают отдельные фотоны — элементарные частицы света — по запросу. Эта способность критически важна, поскольку квантовые технологии полагаются на абсолютный контроль над светом и информацией. Главной проблемой всегда была визуализация и управление. Конкретные атомные дефекты, ответственные за работу этих излучателей, невероятно малы, и их трудно наблюдать. Учёные могли либо изучать, как они излучают свет, либо исследовать их атомную структуру, но не то и другое одновременно. Авторы новой работы сосредоточились на гексагональном нитриде бора — ультратонком двумерном кристалле толщиной в несколько атомов, в котором, как уже было известно, могут существовать квантовые излучатели. Они использовали мощный специализированный микроскоп QuEEN-M, который сочетает в себе атомно-силовую микроскопию и метод катодолюминесцентной спектроскопии. Исследователи направляли сфокусированный пучок электронов на материал. Когда электроны сталкивались с дефектом в кристалле, этот дефект излучал свет. Анализируя цвет и яркость испускаемого света, учёные смогли определить, какие именно атомные структуры были за это ответственны. Этот подход решил давнюю проблему, поскольку обычно изучение светового излучения требует более толстых образцов, а изучение атомной структуры — предельно тонких. Микроскоп QuEEN-M позволил делать и то, и другое одновременно, напрямую связывая излучение света с конкретными атомными дефектами. Более того, исследователи обнаружили, что скручивание слоёв гексагонального нитрида бора под определёнными углами создаёт особые «скрученные интерфейсы», которые усиливали световой сигнал от квантовых излучателей до 120 раз. Усиленный сигнал позволил локализовать излучатели с экстраординарной точностью — менее 10 нанометров. Используя эту точность, учёные идентифицировали атомную структуру одного из квантовых излучателей. Ею оказался углеродный димер — два атома углерода, расположенные вертикально внутри кристалла. Теперь, установив связь между атомной структурой и испускаемым ею светом, исследователи открыли путь к точному конструированию этих квантовых излучателей. Теперь их можно создавать и настраивать по требованию с помощью электронного луча. Эта работа знаменует серьёзный переход от простого обнаружения квантовых излучателей к их целенаправленному инженерному проектированию. Возможность размещать источники одиночных фотонов именно там, где это необходимо, крайне важна для создания масштабируемых квантовых устройств. Чипы, основанные на точно позиционированных излучателях, смогут обрабатывать информацию эффективнее, передавать данные безопасно и усиливать сигналы с минимальными потерями. Тем не менее, несмотря на прогресс, остаются и вызовы. В настоящее время методика зависит от высокоспециализированных микроскопов, что ограничивает возможности для немедленного крупномасштабного производства. Будущие исследования будут направлены на то, чтобы сделать эти методы более масштабируемыми, а также на изучение влияния различных атомных структур на поведение фотонов. Исследование Source: https://new-science.ru/uchjonye-sozdali-atomnyj-perekljuchatel-sveta-dlya-upravleniya-odinochnymi-fotonami-po-trebovaniju/