Les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) sont des semi-conducteurs en couches qui peuvent être exfoliés en couches de seulement quelques atomes d'épaisseur. Des recherches récentes ont montré que certains TMD peuvent contenir des sources de lumière quantique qui peuvent émettre des photons uniques de lumière. Jusqu'à maintenant, l'apparition de ces émetteurs de lumière quantique a été aléatoire. Maintenant, chercheurs du Graphene Flagship travaillant à l'Université de Cambridge, ROYAUME-UNI, ont créé des réseaux à grande échelle de ces émetteurs quantiques dans différents matériaux TMD. L'oeuvre, impliquant également des chercheurs de l'Université de Harvard, NOUS, est publié dans Communication Nature . Cette nouvelle approche conduit à de grandes quantités de produits à la demande, émetteurs de photons uniques, ouvrant la voie à l'intégration de l'ultra-mince, photons uniques dans les appareils électroniques.

Émetteurs de lumière quantiques, ou des points quantiques, présentent un intérêt pour de nombreuses applications différentes, y compris la communication quantique et les réseaux. Jusqu'à maintenant, il a été très difficile de produire de grands réseaux d'émetteurs quantiques rapprochés tout en conservant la haute qualité des sources de lumière quantique. "C'est presque un problème de Boucle d'or - il semble que l'on obtient soit de bonnes sources de photons uniques, ou de bons tableaux mais pas les deux en même temps. Maintenant, Tout à coup, nous pouvons avoir des centaines de ces émetteurs dans un échantillon, " a déclaré Mete Atatüre, professeur au Cavendish Laboratory de l'Université de Cambridge.

Les occurrences aléatoires de points quantiques dans le TMD ont rendu difficile l'investigation systématique. « La capacité de créer nos sources de manière déterministe a radicalement changé la façon dont nous menons nos recherches au quotidien. Auparavant, c'était de la pure chance, et nous devions garder le moral même si nous n'y parvenions pas. Maintenant, nous pouvons faire des recherches de manière plus systématique, " a déclaré Atatüre. Non seulement cette nouvelle méthode rend la recherche plus simple, mais cela conduit également à des améliorations au niveau des émetteurs eux-mêmes :« La qualité des émetteurs que nous créons exprès semble être meilleure que celle des points quantiques naturels. »

Dhiren Kara, chercheur au Laboratoire Cavendish, dit "Il y a beaucoup de mystère autour de ces émetteurs, dans leur origine et leur fonctionnement. Maintenant, on peut créer directement les émetteurs et ne pas avoir à se soucier d'attendre qu'ils apparaissent au hasard. Dans ce sens, il accélère beaucoup de la science. "

Pour créer les sources lumineuses quantiques, les chercheurs ont découpé un ensemble de piliers nanométriques dans de la silice ou du nanodiamant, puis suspendu la couche de TMD de quelques atomes d'épaisseur au-dessus des piliers. Les émetteurs quantiques sont ensuite créés dans le TMD où il est soutenu par les piliers, il est donc possible de choisir exactement où les photons uniques doivent être générés. "Le fait que les émetteurs soient générés de manière mécanique est bien, car cela signifie qu'ils sont assez robustes, et matériel indépendant, " dit Carmen Palacios-Berraquero, chercheur au Laboratoire Cavendish et premier auteur de l'ouvrage.

La génération déterministe et robuste de sources quantiques signifie de nouvelles opportunités pour les structures hybrides de fonctions photoniques et électroniques superposées. Les réseaux quantiques sont entièrement évolutifs et compatibles avec la fabrication de puces de silicium.

Andréa Ferrari, Officier scientifique et technologique et président du comité de gestion du projet phare Graphene, a également participé à la recherche. Il a ajouté :« Les technologies quantiques sont reconnues comme des domaines d'investissement clés pour l'Europe, avec un nouveau Quantum Flagship récemment annoncé. Il est formidable de voir que les matériaux en couches ont désormais une place ferme parmi les approches prometteuses pour la génération et la manipulation de la lumière quantique et pourraient être des catalyseurs d'une future technologie intégrée. »