Новый способ непосредственной записи на однослойные полупроводники

Новый способ непосредственной записи на однослойные полупроводники

Выпуск 6(6680) от 21 марта 2019 г.
РУБРИКА: ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Ученые из Научно-исследовательской лаборатории ВМС США (U. S. Naval Research Laboratory, NRL) и Научно-исследовательской лаборатории ВВС (Air Force Research Laboratory, AFRL) разработали способ непосредственной записи однофотонных квантовых источников излучения (SPE) на однослойные полупроводники, такие как диселенид вольфрама (WSe2). Однофотонные квантовые излучатели – ​ключевые компоненты в широком спектре зарождающихся квантовых технологий, включая вычисления, безопасную связь, зондирование и метрологию.

В отличие от обычных светоизлучающих диодов, которые испускают миллиарды фотонов одновременно для формирования постоянного потока света, идеальный однофотонный излучатель генерирует ровно один фотон по требованию, причем каждый фотон неотличим от другого. Эти характеристики важны для находящихся в стадии разработки квантовых технологий на основе использования фотонов. Кроме того, такие возможности должны быть реализованы в материальной платформе, обеспечивающей точное, повторяемое размещение однофотонных излучателей полностью масштабируемым образом, совместимым с существующими технологиями производства полупроводниковых ИС.

Для создания наноразмерных впадин или отступов в одном монослое WSe2 на подложке из полимерной пленки ученые NRL использовали атомно-силовой микроскоп (AFM) (см. рисунок). Вокруг наноуглубления создается сильно локализованное поле напряженности деформации, которое создает одноэлементное излучение фотона в WSe2. Коррелированные по времени измерения, выполненные в AFRL, подтвердили подлинно однофотонную природу этих состояний. Сформированные излучатели обладают большой яркостью, производят значительное число одиночных фотонов и являются спектрально стабильными, что отвечает ключевым требованиям для новых приложений.



Источник: Научно-исследовательская лаборатория ВМС США

Наконечник атомно-силового микроскопа (AFM) вдавливается в структуру дихалькогенида на основе переходных металлов или полимера для формирования локальной напряженности деформации (а). Структурированное однофотонное излучение в WSe2, индуцированное AFM-вдавливанием букв «NRL» и «AFRL» (б). Отступы AFM производят «украшения» однофотонного излучателя на монослое WSe2 типа «рождественская елка» (в)


Квантовая «каллиграфия» позволяет детерминистически размещать и проектировать в реальном масштабе времени произвольные структуры однофотонных излучателей для поверхностного соединения с фотонными волноводами, полостями и плазмонными структурами. Показано также, что при создании больших матриц или моделей квантовых излучателей для изготовления квантовых фотонных систем в масштабе пластин будет эффективен подход на основе наноимпринтинговой технологии.

Исследователи особо подчеркивают важность данного открытия: помимо возможности универсального размещения однофотонных излучателей полученные результаты представляют общую методологию придания напряженности деформации двумерным (2D) материалам с нанометровой точностью. что станет неоценимым инструментом дальнейших исследований и будущих применений методики напряженности деформации 2D-приборов.

Результаты исследования открывают путь к использованию 2D-материалов в качестве твердотельных носителей однофотонных излучателей в применениях, в которых заинтересовано МО США, таких как безопасная связь, распознание и опознание, квантовые вычисления. Такие применения обеспечивают неуязвимую для прослушивания или дешифрования связь между удаленными силами МО США, что является необходимым требованием для обеспечения безопасности (в частности, истребителей и других ЛА).

Квантовые вычисления на ИС обеспечивают возможность быстрого анализа непосредственно на борту ЛА очень больших наборов данных, полученных с помощью массивов датчиков. Соответственно, отпадает необходимость передачи на удаленный вычислительный центр всего набора полученных данных, что снижает требования к пропускной способности. Результаты исследований опубликованы в январском (2019 г.) выпуске журнала ACS Nano.

   

NRL, AFRL Develop Direct-Write Quantum Calligraphy in Monolayer Semiconductors. Solid State Techno-logy Magazine, February 2019: https://electroiq.com/2019/02/nrl-afrl-develop-direct-write-quantum-calligraphy-in-monolayer-semicon


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ