क्वांटम सामग्री डीप-यूव्ही प्रकाश उत्सर्जनमध्ये रेकॉर्ड स्थापित करते

डीप-यूव्ही प्रकाशाचा नवीन मार्ग

डीप-अल्ट्राव्हायोलेट श्रेणीमध्ये कार्यक्षम प्रकाश तयार करणे — अंदाजे 280 नॅनोमीटरपेक्षा कमी तरंगलांबी — सेमीकंडक्टर फोटोनिक्समधील अधिक कठीण समस्यांपैकी एक रहिली आहे। डीप-यूव्ही प्रकाशाचा रोगजनक निर्जंतुकीकरण, जल शुद्धिकरण, सेमीकंडक्टर लिथोग्राफी आणि quantum information processing मध्ये शक्तिशाली उपयोग आहेत, परंतु ते कार्यक्षमतेने उत्सर्जित करू शकणारी सामग्री मर्यादित आणि कार्य करण्यास कठीण आहेत। Science मध्ये प्रकाशित एक अभ्यास लक्षणीय प्रगति वर्णन करतो: hexagonal boron nitride च्या moire quantum wells मधून अत्यंत कार्यक्षम डीप-यूव्ही ल्यूमिनेसेन्स साध्य केले गेले, एक सामग्री जी सपाट, द्विमितीय इन्सुलेटर म्हणून अधिक ओळखली जाते।

परिणाम आश्चर्यकारक आहे। Hexagonal boron nitride, किंवा hBN, एक wide-bandgap सामग्री आहे जी संशोधकांनी UV प्रकाश उत्सर्जित करू शकते असे ज्ञात आहे, परंतु कार्यक्षम, नियंत्रणीय उत्सर्जन साध्य करणे अलस्य ठरले आहे। येथील नवीनता moire superlattice संरचनाचा उपयोग आहे — hBN च्या दोन किंचित गलिबद्ध स्तरांना स्टॅक करून तयार केलेले — quantum अवस्थांना confine आणि हाताळण्यासाठी जे पारंपारिक मोठ्या किंवा एकल-स्तर सामग्रीमध्ये संभव नाही।

Moire इंजिनीयरिंग काय करते

जेव्हा दोन अणूंच्या पातळ क्रिस्टल स्तर लहान twist angle किंवा lattice mismatch सह स्टॅक केले जातात, परिणामी व्यतिकरण नमुना एक moire superlattice तयार करतो: atomic potential चे नियतकालिक मॉड्यूलेशन जे अंतर्निहित atomic संरचनेपेक्षा बहुत मोठ्या लांबीवर विस्तारित होते। हा superlattice नॅनोस्केल quantum confinement sites ची एक श्रेणी म्हणून कार्य करतो — artificial quantum wells आणि quantum dots — ते तयार करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या जटिल nanofabrication पिष्टी न करता।

Moire engineering 2018 मध्ये twisted bilayer graphene विशिष्ट twist angles येथे superconducting बनू शकते या शोधानंतर condensed matter physics मध्ये एक रूपांतरकारी तंत्र म्हणून उदयास आले। तेव्हापासून, संशोधकांनी द्विमितीय सामग्रीच्या विस्तृत श्रेणीवर या संकल्पनेचा वापर केला आहे, correlated insulator states, ferromagnetism, आणि — आता — hBN मध्ये नाटकीयरित्या वर्धित प्रकाश उत्सर्जन यासह घटना शोधल्या आहेत।

सध्याच्या अभ्यासात, hBN मधील moire संरचना localized quantum well states तयार करते जे excitons — bound electron-hole pairs — superlattice मधील विशिष्ट साइटवर अडकवतात। ही अडकलेली excitons उच्च कार्यक्षमतेसह radiatively recombine करतात, डीप-यूव्ही photons उत्सर्जित करतात। Moire confinement radiative recombination च्या संभाव्यतेला बढाते आणि उत्सर्जन spectrum संकुचित करते, hBN मध्ये पूर्वी साध्य केलेल्या उज्ज्वल आणि अधिक spectral रीत्या शुद्ध यूव्ही प्रकाश तयार करते।

डीप यूव्ही का महत्वाचा आहे

डीप-यूव्ही spectral श्रेणी — अंदाजे 200 ते 280 नॅनोमीटर — DNA आणि proteins च्या absorption peaks ला ओव्हरलॅप करते, ते पारंपारिक निर्जंतुकीकरण पद्धतींशी संबंधित रासायनिक अवशेषांशिवाय पृष्ठभाग, जल आणि हवा निर्जंतुक करण्यासाठी प्रभावी बनवते। COVID-19 महामारीने यूव्ही निर्जंतुकीकरण तंत्रज्ञानमध्ये वाणिज्य हित पुनः जागृत केले, आणि कार्यक्षम, compact डीप-यूव्ही light sources साठी मांग अनुरूपे वाढली आहे।

वर्तमान डीप-यूव्ही एलईडी तंत्रज्ञान aluminum gallium nitride वर आधारित कार्यक्षम आहे परंतु कार्यक्षमतामध्ये मर्यादित आणि जटिल वाढ परिस्थिति आवश्यक आहेत। hBN-आधारित दृष्टिकोन, जर तो प्रयोगशाळे प्रदर्शन मधून निर्माणयोग्य उपकरणे पर्यंत मोडीसाधक केला जाऊ शकतो, तर कार्यक्षम डीप-यूव्ही स्रोतांचा अधिक सुलभ मार्ग प्रदान करू शकतो। hBN च्या द्विमितीय स्वभाव यास लचकदार substrates सह compatible करतो आणि silicon photonic platforms च्या integration करतो।

Quantum Photonics अनुप्रयोग

निर्जंतुकीकरणाच्या पलीकडे, यूव्ही श्रेणीमध्ये single-photon emitters हा quantum cryptography आणि quantum networking साठी एक मागत असलेला संसाधन आहे। hBN अगोदर कक्षातून room temperature येथे कार्यरत single-photon emitters च्या host सामग्री म्हणून ओळखले गेले आहे — अनेक इतर quantum emitter platforms पेक्षा लक्षणीय फायदा जे cryogenic operation आवश्यक आहेत। Moire quantum well संरचनांनी scalable quantum photonic प्रणाली बांधण्यासाठी मूल्यवान high-quality UV single-photon emitters च्या arrays साठी मार्ग प्रदान करू शकले. संशोधन moire physics आणि डीप-यूव्ही फोटोनिक्सचे एक convergence प्रतिनिधित्व करते जे hBN ला spectral ranges मध्ये light-emitting उपकरणांच्या platform म्हणून उघडते जेथे पारंपारिक semiconductors संघर्ष करतात।

हा लेख Science (AAAS) द्वारे reporting वर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.