Учёные создали простой регулируемый источник квантового света — его буквально можно подкрутить до нужного режима

Учёные из Технологического университета Сиднея (UTS) показали, что квантовыми источниками света можно управлять не только подбором химического состава или внешними полями, но также изменяя геометрию самого материала — буквально поворачивая его слои друг относительно друга. Это важное открытие для твёрдотельных квантовых технологий, где нужны компактные и управляемые источники света для квантовых вычислений, защищённой связи и сверхчувствительных сенсоров.

Эффект поворота на так называемый магический угол известен для графена, когда два его слоя поворачивают друг относительно друга. При этом атомарные решётки слоёв выстраиваются таким образом, что это радикально изменяет проводимость составного материала. Для квантовых источников света оказалось возможным что-то похожее, только работающее на ином принципе. В частности, эффект поворота слоёв с изменением оптических свойств материала обнаружен для гексагонального нитрида бора (hBN).

Гексагональный нитрид бора — слоистый двумерный материал: его можно представить как стопку атомарно тонких пластин. Внутри таких слоёв существуют дефекты кристаллической решётки, которые работают как квантовые излучатели: они испускают свет с параметрами, чувствительными к локальному атомному окружению. В отличие от более жёстких трёхмерных решений вроде алмаза или карбида кремния, каждый слой hBN можно механически поднимать, заново укладывать и поворачивать относительно друг друга, меняя взаимодействие между ними уже после изготовления образца.

В процессе эксперимента со слоями гексагонального нитрида бора учёные многократно разбирали, поворачивали и снова собирали многослойную структуру hBN. Обнаружилось, что при изменении угла взаимного поворота слоёв менялись цвет и длина волны излучения квантовых дефектов, причём спектральный сдвиг оказался заметно больше, чем обычно удаётся получить при управлении дефектами, скажем, в алмазах. По сути, угол поворота стал новой «ручкой настройки»: он меняет локальную электронную и межслоевую среду вокруг дефекта, а дефект отвечает изменением энергии оптического перехода.

Работу можно отнести к направлению твистроники — программированию свойств двумерных материалов с помощью взаимного поворота атомных слоёв. Это обещает сделать источники квантового света с использованием гексагонального нитрида бора более управляемыми и пригодными для практических устройств. Пока речь идёт об экспериментальной демонстрации, но она показывает важный принцип: слоистая структура материала может быть не просто пассивной подложкой для дефектов, а активным механизмом настройки квантового излучения.