Com um segundo pressionar de um botão no ponteiro laser, enviamos quintilhões de fótons pelo caminho. Mas, para criar computadores com fótons quânticos, são necessários transistores condicionais que podem emitir um único fóton, o que é extremamente difícil de fazer no estágio atual do desenvolvimento da ciência e da tecnologia. Os cientistas americanos encontraram um caminho para esses “transistores” e até conseguiram identificá-los em um microscópio “nano-óptico” especialmente criado.
Uma sonda de microscópio nano-óptico iluminada a laser permite examinar um objeto de 10 nm (Nicholas Borys / Montana State University)
Já se sabe há algum tempo que emissores de fóton único podem ocorrer na superfície de materiais 2D – estruturas com espessura de um átomo. Acreditava-se que esses emissores de fóton único ocorrem nos locais de defeitos na estrutura cristalina. Por exemplo, “focos” anteriormente semelhantes pela emissão de fótons únicos foram detectados em defeitos na estrutura cristalina dos diamantes. O problema com os materiais 2D era que os microscópios ópticos convencionais não são adequados para detectar a fonte de radiação de fótons únicos, pois não permitem ver um objeto menor que 500 nm. Algo novo era necessário para estudar o processo. E esse novo foi proposto por cientistas da Universidade de Columbia e da Universidade de Montana.
Os pesquisadores criaram um microscópio “nano-óptico” com uma resolução de 10 nm. O novo dispositivo tornou possível estabelecer que os emissores de fóton único na superfície de materiais 2D são formados não nos locais de defeitos, mas nas dobras do material que ocorrem em áreas de tensão no material. No entanto, a tensão pode ser criada artificialmente usando bolhas com gás ou líquido, o que abre caminho para a formação controlada de emissores de fótons na superfície de materiais 2D, que os cientistas demonstraram com sucesso em um experimento com disleneto de tungstênio (WSe2).
Entre os dois materiais 2D – disleneto de tungstênio na parte superior e uma camada de nitreto de boro na parte inferior – foram criados bolsos (bolhas) com gás. Nos limites das bolhas, a tensão dobra do material 2D na forma de uma rosquinha formada. Conseguimos examinar tudo isso com um microscópio nano-óptico e registrar a radiação de fóton único nessas áreas. É importante notar que todos os fenômenos ocorreram à temperatura ambiente.
«Nossos resultados significam que os emissores de fóton único, que são completamente sintonizáveis à temperatura ambiente, estão agora em nossas mãos, o que abre caminho para dispositivos fotônicos quânticos controláveis e práticos ”, comenta um dos autores do estudo, James Shack (James Shack). “Esses dispositivos podem se tornar a base para tecnologias quânticas que mudarão profundamente as tecnologias de computação, sensoriais e de informação como as conhecemos.”