Александр Спирин
Оптический фемтосекундный переключатель на основе коллоидных нанокристаллов из индия и окисла олова толщиной 15 нанометров не производит тепла. Иллюстрация Physorg
После изобретения Николаем Басовым и Александром Прохоровым квантовых генераторов (мазеров) и лазера Чарлзом Таунсом (все трое были удостоены в 1964 году Нобелевской премии по физике) мир познакомился с когерентным светом. В этом состоянии фотоны в луче имеют одну волну и частоту.
На протяжении десятилетий физики предприняли немало усилий на пути получения одиночных фотонов с помощью одиночных квантовых излучателей (QE – Quant Emitters, SPE – Single Photon Emitter). Использование их обещает «непрослушиваемую» коммуникацию и фотоэлектронные квантовые компьютеры, не требующие глубокого охлаждения.
Многие, наверное, из курса школьной химии запомнили формулу этилового спирта С2Н5ОН. Если в гидроксильной группе –OH кислород заменить на серу, то получится тиол, или меркаптан C2H5SH (кстати, хороший «уловитель» ртути). Тиол дает гибрид с дисульфидом молибдена (MoS2).
Эту его особенность решили использовать в cколковском Центре инженерной физики. Российские физики выступили руководителями интернациональной группы, в состав которой входили ученые из лаборатории ДНК-нанонженерии и сотрудники Нанкинского и Мюнхенского университетов. Результаты их исследований опубликованы в журнале Light Science & Applications.
Причем тут, могут спросить, цепочки ДНК, дезоксирибонуклеиновой кислоты? Дело в том, что из ее цепей можно создавать самые разные структуры. Этот процесс получил название ДНК-оригами («оригами» по-японски означает «бумага»; и это искусство делать различные, иногда весьма нетривиальные, фигурки из бумаги). Цепь ДНК имеет толщину в 1–2 нанометра, что хорошо cогласуется с толщиной двумерной молекулы дисульфидом молибдена и тиола (меркаптана). Комбинация этих компонентов, как отмечают исследователи, позволила получить «детерминистский эмиттер квантов света». То есть излучение одиночных фотонов структурой, толщина которой не превышает толщину одного атома.
Авторы подчеркивают, что достигли этого успеха, интегрировав монослой MoS2 с тио-ДНК-оригами. В эксперименте генерировались локализованные экситоны, индуцируемые молекулами тиола. Экситон – это кратковременно и виртуально существующая электрон-дырочная пара (электрон/дырка, е-/h+), которая очень быстро рекомбинирует, когда электрон «возвращается» на покинутое им место.
Преимущество созданного конструкта связано с возможностью химически контролировать активность квантовых излучателей. Это открывает путь к масштабному производству ультракомпактных 2D-полупроводниковых устройств, которые найдут самое широкое применение в квантовых технологиях.
