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深度解讀

歐盟資助用于制造新型激光源或量子通信的新型二維材料研究

星之球科技 來(lái)源:中國(guó)電力電子產(chǎn)業(yè)網(wǎng)2016-11-08 我要評(píng)論(0 )   

過(guò)去十年來(lái),所謂的單層材料受到科學(xué)家們的高度重視,因?yàn)檫@些材料在物理學(xué)領(lǐng)域具有非常大的潛力。2016年初,德國(guó)維爾茨堡大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)受到歐洲研究委員會(huì)(ERC)1500萬(wàn)...

過(guò)去十年來(lái),所謂的單層材料受到科學(xué)家們的高度重視,因?yàn)檫@些材料在物理學(xué)領(lǐng)域具有非常大的潛力。2016年初,德國(guó)維爾茨堡大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)受到歐洲研究委員會(huì)(ERC)1500萬(wàn)歐元的資助,用于研究過(guò)渡金屬硫化物(TMDC),如今已取得一定進(jìn)展。

在物理學(xué)中,“單層”指固體材料的最小厚度,通常是單個(gè)原子層厚度,晶體材料可以是三層或更多層原子,也稱為二維材料。二維材料經(jīng)常表現(xiàn)出意想不到的特性。如TMDC,具有類似于半導(dǎo)體的特性,可用于制造超小型、高能效芯片。
 
TMDC結(jié)構(gòu)
 
TMDC具有相當(dāng)簡(jiǎn)單的二維結(jié)構(gòu)。鉬或鎢等過(guò)渡金屬原子的單排結(jié)構(gòu),夾在同樣薄的硫元素層之間。不同基礎(chǔ)成分搭配制成的TMDC具有大范圍的電子和光學(xué)特性。
 
圖 在特定條件下,下層的單原子層發(fā)射不同頻率的光子對(duì),示意圖中分別用紅色和綠色來(lái)代表
  
潛在應(yīng)用

 
德國(guó)維爾茨堡大學(xué)教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)TMDC吸收能量時(shí)能夠發(fā)光。試驗(yàn)表明,這種新型單層材料可用于制造新型高效節(jié)能激光源,也可用于量子效應(yīng)的研究。
  
1應(yīng)用一:量子通信研究
  
首先,通過(guò)一種簡(jiǎn)單的方法制備單層材料。第一步,用膠帶從TMDC晶體上剝下多層薄膜。再?gòu)亩鄬颖∧ど蟿兿赂〉谋∧?,如此反?fù),最終得到單層材料。
  
然后,將該單層材料冷卻到略高于絕對(duì)零度的溫度,并用激光激發(fā),在這種特定條件下,該單層材料將發(fā)射單個(gè)光子。研究人員解釋道,實(shí)際上激發(fā)出的是兩個(gè)光子,光粒子是成對(duì)產(chǎn)生的。
  
這種光子對(duì)源非常有趣:光子對(duì)的兩個(gè)光子狀態(tài)相互交疊,糾纏在一起。一個(gè)光子的狀態(tài)直接影響另一個(gè)光子,且不受距離限制,這種原理可以用于加密通信。
  
2應(yīng)用二:用于新型激光源
  
維爾茨堡大學(xué)的科學(xué)家演示了這種單層材料的另一種應(yīng)用。在兩個(gè)鏡子之間放置單層材料,然后用激光激發(fā)。當(dāng)激光的輻射達(dá)到一定程度時(shí),TMDC開(kāi)始發(fā)射光子。這些光子碰到鏡子后發(fā)色回TMDC板,刺激TMDC原子產(chǎn)生新的光子。
  
研究人員稱:“我們將這一過(guò)程稱為強(qiáng)耦合。光和物質(zhì)作用生成激子極化光子。”這是首次在室溫下,在單原子層材料探測(cè)到極化光子。
  
這種“克隆”光子與激光有相似的特性,但產(chǎn)生原理完全不同。理想情況下,在初始激發(fā)之后,就可通過(guò)自給自足方式產(chǎn)生新的光粒子,而不再需要任何額外的能量供應(yīng)。
  
與之相反,在激光器中的激光材料需要外部持續(xù)激發(fā)。

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金屬硫化物激光源量子通信
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