Fotostabilità prolungata negli emettitori quantici di nitruro di boro esagonale

Funzionalità dell'11 aprile 2023

Questo articolo è stato rivisto in base al processo editoriale e alle politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo al tempo stesso la credibilità del contenuto:

verificato

pubblicazione sottoposta a revisione paritaria

fonte attendibile

correggere le bozze

di Thamarasee Jeewandara, Phys.org

Gli emettitori a fotone singolo sono materiali da costruzione cruciali adatti per le tecnologie quantistiche ottiche. Tra questi, il nitruro di boro esagonale è un promettente materiale bidimensionale che conserva emettitori di fotoni singoli luminosi a temperatura ambiente. Tuttavia, la fotoinstabilità è una sfida esistente per facilitare l’applicazione pratica di queste proprietà.

In un nuovo studio pubblicato su Communications Materials, Sylvia Xin Li e un team di scienziati del dipartimento di ingegneria chimica, Massachusetts Institute of Technology, Università del Texas, RIKEN center for Advanced Photonics e Università di Oxford, hanno rivelato la possibilità del fotosbiancamento emettitori di posti vacanti di nitruro di boro esagonale per facilitare la fotostabilità adatti per applicazioni quantistiche.

La meccanica quantistica può essere sfruttata per applicazioni nel mondo reale come una delle tecnologie più intriganti e in più rapida crescita che esplora gli stati quantistici dei fotoni per l’elaborazione e la trasmissione delle informazioni. I ricercatori hanno studiato una varietà di sorgenti di singoli fotoni allo stato solido in cristalli tridimensionali; tuttavia, la luce emanata da queste sorgenti può essere contenuta dall'ingombrante ambiente dielettrico circostante provocando una ridotta efficienza di emissione.

Gli scienziati possono superare questa sfida dei centri di colore negli ospiti bidimensionali come i dichalcogenuri di metalli di transizione e i nitruri di boro esagonali (hBN) tramite materiali dielettrici con spessore significativamente ridotto a livello di un singolo strato atomico per integrarsi con la fotonica su chip. Mentre l'emissione di fotone singolo nei dichalcogenuri di metalli di transizione viene osservata solo a temperatura ambiente, il materiale stesso può ospitare emettitori di fotone singolo luminosi a temperatura ambiente per fornire materiali come il nitruro di boro esagonale con proprietà fotofisiche uniche per funzionare a temperature criogeniche.

In questo lavoro, Li e colleghi hanno studiato quantitativamente la durata del fotosbiancamento di vari campioni di nitruro di boro esagonale e hanno rivelato che erano dominati da reazioni fotochimiche con l'ossigeno. Il team ha dimostrato che lo sbiancamento viene ridotto in modo significativo mediante una semplice strategia di impilamento di ulteriori monostrati del composto sul materiale.

Gli scienziati hanno caratterizzato il monostrato fotosbiancato con la microscopia elettronica a trasmissione a scansione in campo scuro anulare per ottenere immagini su scala atomica di alta qualità del reticolo hBN. Hanno combinato la spettroscopia fotoelettronica a raggi X e la microscopia elettronica a trasmissione con scansione in campo scuro anulare per ottenere immagini su scala atomica di alta qualità del reticolo esagonale del nitruro di boro.

Il team di ricerca ha confrontato tre film sottili di hBN disponibili in commercio, tra cui nitruro di boro esagonale cresciuto con deposizione chimica da vapore monostrato su un foglio di rame, hBN cresciuto con deposizione chimica da vapore multistrato su un foglio di rame e nanofiocchi di hBN esfoliati in liquido multistrato sospesi in miscele di etanolo/acqua. Il team ha trasferito questi campioni su substrati di biossido di silicio senza alcun post-trattamento e li ha esaminati con misurazioni di fotoluminescenza dipendenti dal tempo utilizzando un microscopio spettroscopico confocale personalizzato.

Li e colleghi si sono concentrati sulle specie di emettitori osservate in tutti i campioni di hBN e hanno notato la presenza di tre diversi comportamenti di emissione nei campioni di deposizione chimica da vapore monostrato e multistrato. Il nitruro di boro esagonale esfoliato liquido multistrato preparato senza trattamento di ricottura termica ha mostrato due diverse modalità di emissione di interesse, che hanno ampiamente caratterizzato.