研究人员表明，精确分层纳米薄材料可以产生激子——本质上是人工原子——这些激子能够作为量子信息位，或称为量子比特。
通过取两片仅一原子厚的特殊材料并以大角度扭转，罗切斯特大学的研究人员解锁了独特的光学特性，这些特性可用于量子计算机和其他量子技术。在《纳米快报》发布的一项新研究中，研究人员显示，精确分层纳米薄材料创造了激子——本质上是人工原子——这些激子能够作为量子信息位，或量子比特。
“如果我们只有一层这种材料，这些黑暗激子将不会与光相互作用，”光学物理学的玛丽·C·威尔逊和约瑟夫·C·威尔逊教授尼古拉斯·瓦米瓦卡斯说。“通过进行大角度扭转，它激活了材料中的人工原子，我们可以光学控制，但它们仍然受到环境的保护。”
摩尔效应较少
这项工作建立在2010年诺贝尔奖获奖发现的基础上，剥离碳元素直至达到单原子层，创造出一种名为石墨烯的新二维（2D）材料，具有特殊的量子特性。
自那以来，科学家们探索了石墨烯和其他二维材料在彼此之上分层且以非常小角度扭转时，光学和电学特性如何变化——这被称为摩尔超晶格。例如，当石墨烯以1.1度的“魔法”角度扭转时，会产生特殊图案，产生超导性等特性。
但是来自罗切斯特光学研究所和物理与天文学系的科学家采取了不同的方法。他们使用了二硒化钼，这是一种比石墨烯更加不稳定的二维材料，并在高达40度的更高角度进行扭转。尽管如此，研究人员发现，扭转的单层仍然产生能够在光激活时保持信息的激子。
“这对我们来说非常惊讶，”光学博士生阿尔纳布·巴尔曼·雷说。“二硒化钼因摩尔材料家族中的其他材料显示出更好的信息保留能力而名声在外。我们认为，如果我们在这些大角度下使用一些其他材料，它们可能会工作得更好。”
团队将此视为朝着新型量子设备迈出的重要早期步骤。
“从长远来看，我们希望这些人工原子能像量子网络中的记忆或节点一样使用，或放入光学腔中以创造量子材料，”瓦米瓦卡斯说。“这些可能成为下一代激光器或甚至用于模拟量子物理的工具的基础。”
这项研究得到了美国空军科学研究办公室的支持，并在URnano设施进行。
