New York Şehir Üniversitesi (CUNY) ve Austin Teksas Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, modern optikteki en zor anlaşılan olgulardan biri olan "karanlık eksitonları" manipüle etmede çığır açan bir başarıya ulaştılar. Ekip, daha önce gizli kalmış bu ışık durumlarının parlak ve kontrol edilebilir bir şekilde parlamasını sağlayacak bir yol bularak, daha hızlı, daha küçük ve daha enerji tasarruflu teknolojiler için yeni bir ufuk açtı.
Karanlık eksitonlar, atomik olarak ince yarı iletkenlerde bulunan egzotik ışık-madde durumlarıdır. Genellikle çok zayıf ışık yaydıkları için "görünmez" kalırlar. Ancak uzun ömürleri ve çevreyle düşük etkileşimleri, onları kuantum bilgi ve algılama uygulamaları için ideal kılmaktadır.
ALTIN NANOTÜPLER KULLANILDI
Araştırma ekibi, bu gizli durumları ortaya çıkarmak için altın nanotüplerden ve sadece üç atom kalınlığında bir malzeme olan tungsten diselenürden (WSe₂) oluşan tek katmanlı bir nanometre ölçeğinde optik boşluk tasarladı.
Bu hassas kurulum, karanlık eksitonlardan gelen ışık emisyonunu yaklaşık 300.000 kat artırdı. Bu iyileştirme, onları yalnızca görünür kılmakla kalmadı, aynı zamanda nanometre ölçeğinde kontrol edilebilir hale getirdi.
YENİ BİR UFUK AÇILDI
Çalışmanın baş araştırmacısı ve CUNY'de Seçkin Fizik Profesörü olan Andrea Alù, bu çalışmanın daha önce erişilemeyen ışık-madde durumlarına erişip onları değiştirebileceklerini gösterdiğini belirtti. Alù, bu durumların nanometre ölçeğinde hassasiyetle açılıp kapatılabilmesinin büyük ilerlemelere yol açabileceğini de sözlerine ekledi.
Profesör Alù, bu gizli durumları istedikleri zaman açıp kapatarak ve nanometre ölçeğinde çözünürlükle kontrol ederek, algılama ve hesaplama da dahil olmak üzere yeni nesil optik ve kuantum teknolojilerini çığır açacak şekilde ilerletmek için heyecan verici fırsatlar yarattıklarını ifade etti.
MALZEMEYİ KORUYAN YAKLAŞIM
Ekip, karanlık eksitonların elektrik ve manyetik alanlar kullanılarak talep üzerine ayarlanabileceğini göstererek bir adım daha ileri gitti. Bu kontrol seviyesi, çip üstü fotonik, sensörler ve güvenli kuantum iletişiminde kullanılmak üzere özelliklerin hassas bir şekilde ayarlanmasına olanak tanıyor.
Malzeme özelliklerini değiştiren önceki çabaların aksine, bu yeni yaklaşım yarı iletkenin doğal özelliklerini koruyor ve malzemenin bütünlüğünden ödün vermeden ışık-madde bağlantısında rekor düzeyde iyileştirme sağlıyor.
BİLİMSEL TARTIŞMAYI ÇÖZDÜ
Başyazar Jiamin Quan, çalışmalarının daha önce hiç gözlemlenmemiş yeni bir spin-yasaklı karanlık eksiton ailesini ortaya çıkardığını belirtti. Quan, bu keşfin sadece bir başlangıç olduğunu ve 2 boyutlu malzemelerdeki diğer birçok gizli kuantum durumunu keşfetmenin yolunu açtığını söyledi.
Bu keşif aynı zamanda nanofotonik camiasındaki uzun süredir devam eden bir tartışmayı da çözüme kavuşturdu. CUNY-UT Austin ekibi, altın ve yarı iletken malzemeleri ayırmak için nanometre inceliğinde bor nitrür katmanları kullanarak, eksitonların kuantum davranışlarını korurken emisyonlarını da yükseltmeyi başardı.
Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Ofisi gibi kurumlar tarafından desteklenen çalışma, "karanlık" ışık durumlarını kontrol edilebilir, parlayan olgulara dönüştürerek, günümüz optik teknolojilerinden çok daha küçük, daha hızlı ve çok daha verimli kuantum sistemlerine doğru bir sıçramayı işaret ediyor.
