Одиночный квант не греет

По́сле изобрете́ния Никола́ем Ба́совым и Алекса́ндром Про́хоровым ква́нтовых генера́торов (ма́зеров) и ла́зера Ча́рлзом Та́унсом (все трое́ бы́ли удосто́ены в 1964 году́ Но́белевской пре́мии по фи́зике) мир познако́мился с когере́нтным све́том. В э́том состоя́нии фото́ны в луче́ име́ют одну́ волну́ и часто́ту. На протяже́нии десятиле́тий фи́зики предприня́ли нема́ло уси́лий на пути́ получе́ния одино́чных фото́нов с по́мощью одино́чных ква́нтовых излуча́телей (QE – Quant Emitters, SPE – Single Photon Emitter). Использо́вание их обеща́ет «непрослу́шиваемую» коммуника́цию и фотоэлектро́нные ква́нтовые компью́теры, не тре́бующие глу́бокого охлажде́ния. Мно́гие, наве́рное, из ку́рса шко́льной хи́мии запо́мнили фо́рмулу эти́лового спирта́ С2Н5ОН. Е́сли в гидроксильной гру́ппе –OH кислоро́д замени́ть на се́ру, то получи́тся тио́л, или меркапта́н C2H5SH (кста́ти, хоро́ший «улови́тель» рту́ти). Тио́л дае́т ги́брид с дисульфи́дом молибде́на (MoS2). Э́ту его́ особе́нность реши́ли испо́льзовать в cко́лковском Це́нтре инжене́рной фи́зики. Росси́йские фи́зики вы́ступили руководи́телями интернациона́льной гру́ппы, в соста́в кото́рой входи́ли уче́ные из лаборато́рии ДНК-нанонженери́и и сотру́дники На́нкинского и Мю́нхенского университе́тов. Результа́ты их иссле́дований опублико́ваны в журна́ле Light Science & Applications. Приче́м тут, могу́т спроси́ть, це́почки ДНК, дезоксирибонуклеи́новой кислоты́? Де́ло в том, что из ее́ цепе́й мо́жно создава́ть са́мые ра́зные структу́ры. Э́тот проце́сс получи́л назва́ние ДНК-орига́ми («орига́ми» по-япо́нски означа́ет «бума́га»; и э́то иску́сство де́лать разли́чные, иногда́ весь́ма нетривиа́льные, фигу́рки из бума́ги). Цепь ДНК име́ет толщину́ в 1–2 наноме́тра, что хорошо́ cогла́суется с толщино́й двуме́рной моле́кулы дисульфи́дом молибде́на и тио́ла (меркапта́на). Комбина́ция э́тих компоне́нтов, как отмеча́ют иссле́дователи, позволи́ла получи́ть «детермини́стский эми́ттер ква́нтов све́та». То е́сть излуче́ние одино́чных фото́нов структу́рой, толщи́на кото́рой не превыша́ет толщи́ну одного́ ато́ма. А́вторы подче́ркивают, что достигли э́того успе́ха, интегри́ровав моносло́й MoS2 с тио-ДНК-орига́ми. В экспериме́нте генери́ровались локализо́ванные эксито́ны, индуци́руемые моле́кулами тио́ла. Эксито́н – э́то кратковре́менно и виртуа́льно существу́ющая электро́н-дыро́чная па́ра (электро́н/ды́рка, е-/h+), кото́рая о́чень бы́стро рекомбини́рует, когда́ электро́н «возвраща́ется» на поки́нутое им ме́сто. Преиму́щество созда́нного констру́кта свя́зано с возмо́жностью хими́чески контроли́ровать акти́вность ква́нтовых излуча́телей. Э́то открыва́ет путь к масшта́бному произво́дству ультракомпа́ктных 2D-полупроводнико́вых устро́йств, кото́рые найду́т са́мое ши́рокое примене́ние в ква́нтовых техноло́гиях.