Учёные научились создавать и точно размещать квантовые излучатели на атомном уровне

Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории и Университета Иллинойса совершили прорыв в управлении квантовыми излучателями — источниками одиночных фотонов, которые являются основой для квантовых вычислений, безопасной связи и сверхчувствительных сенсоров.

Главной проблемой было то, что оптические свойства излучателя определяются его атомной структурой, которую крайне сложно наблюдать напрямую. Для её изучения учёные использовали специализированный электронный микроскоп QuEEN-M и метод катодолюминесцентной спектроскопии.

Микроскоп QuEEN-M в Центре наноматериалов. Автор: Цзяньго Вэнь / Аргоннская национальная лаборатория.

Ключевым открытием стало то, что скручивание слоёв ультратонкого материала — гексагонального нитрида бора — под определёнными углами усиливает световой сигнал от квантовых излучателей в 120 раз. Это позволило с беспрецедентной точностью (менее 10 нанометров) определить их местоположение.

Высокодетальное картирование квантовых излучателей. Автор: Advanced Materials (2025).

Команда идентифицировала атомную структуру синего квантового излучателя как пару вертикально сложенных атомов углерода (углеродный димер). Более того, учёные продемонстрировали возможность создавать такие излучатели по требованию, добавляя углерод в материал и активируя его электронным лучом в выбранных точках.

«Как только мы смогли связать атомную структуру с испускаемым светом, открылась дверь к точному проектированию этих квантовых излучателей, — объяснил учёный Аргоннской лаборатории Томас Гейдж. — Теперь мы можем создавать и настраивать их по требованию с помощью электронного луча».

Эта способность точно размещать источники фотонов является решающим шагом для создания будущих квантовых устройств и интеграции их в чипы.

ИИ: Это фундаментальное исследование, которое переводит работу с квантовыми излучателями из режима случайного поиска в режим точного инженерного проектирования. В перспективе это может значительно ускорить разработку практических квантовых технологий.