Atomvékony anyagok, mérnöki precizitással
A kutatás alapját egy különleges kristálycsoport, a TMD-k adják, ahol az atomvékony rétegek egymásra halmozásával, illetve felületük precíziós maratásával manipulálhatók az anyag optikai tulajdonságai. Ezek a kristályok rendkívüli nemlineáris viselkedést mutatnak, de vékonyságuk miatt eddig nem voltak képesek új, például más frekvenciájú fotonokat olyan hatékonyan előállítani, mint a nagyobb kristályok. Ez alatt azt kell érteni, hogy a jelenlegi kvantumchipekben centiméteres nagyságrendű fényforrások kellenek, amelyek egy szobányi helyet is elfoglalhatnak, szemben a most elért, 160 nanométeres mintázatokkal.
Kvantumbitek új generációja: a maratási technika
Elképzelhető, hogy a kvantumtechnológiák skálázhatósága azon múlik, ki tudja ilyen apró helyre bezsúfolni a qubitforrásokat. Az új technológiában egy egyszerű, de rendkívül hatékony nanofabrikációs eljárással periodikus mintákat maratnak például molibdén-diszulfid kristályokba. A mesterséges geometria nemcsak a rétegek optikai illesztését oldja meg, hanem majdnem 150-szeresére növeli a második harmonikus keltésének hatékonyságát – vagyis két foton összeolvad egyetlen, kétszeres frekvenciájú részecskévé. A kutatók most az ellentétes folyamaton dolgoznak: egy foton két, összefonódott kvantumállapotú részecskére bontásán, ami új távlatokat nyithat a kvantuminformatikában.
Egyszerűbb és olcsóbb: a technológia gyakorlati jelentősége
Nem hagyható figyelmen kívül, hogy az új maratási eljárás kevesebb lépésből áll, olcsóbb és könnyebben automatizálható, mint más felületi mintázások. Az ultravékony, mégis strapabíró kristályok mintázása hagyományos tisztaszobai technológiával is elvégezhető. Ez forradalmasíthatja az egész optoelektronikai gyártást, hiszen nem csak laboratóriumi különlegesség marad a technológia, hanem valódi, ipari léptékben is gyártható lesz minden, ami precíz és kis méretű fényforrást igényel.
Elméletből valóság: egyesül a kvantumoptika és a nanofizika
A kutatás nemcsak mérnöki bravúr, hanem elméleti áttörés is: bebizonyosodott, hogy viszonylag egyszerű, periodikusan váltakozó vonalmintázat is elegendő ahhoz, hogy a kristály egész viselkedését alapjaiban megváltoztassa. Az ilyen nanoméretű optikai elemekből immár teljesen integrált, miniatűr fényforrásokat is ki lehet alakítani, sőt, ezek könnyedén illeszthetők lesznek a mai távközlési hálózatokhoz is, mivel a létrehozott fény pont a kívánt hullámhosszon működik.
Nem hagyható figyelmen kívül, hogy mindez az egyik legkompaktabb összefonódott fotonforrást eredményezi, amit valaha készítettek ebben a hullámhossztartományban. A mérnökök mostantól valóban elgondolkodhatnak a teljesen chipre integrált kvantumfotonikai rendszereken.
