Peneliti Membuat Sumber Cahaya Kuantum 2D dari Bahan Berlapis

Kemajuan terbaru dalam sumber cahaya kuantum berbasis konversi parametrik spontan (SPDC) berdasarkan bahan berlapis dua dimensi telah dibuat oleh tim yang dipimpin oleh Prof. Ren Xifeng dari University of Science and Technology of China (USTC) of the Chinese Academy of Sciences, berkolaborasi dengan Prof. Qiu Chengwei dan Dr. Guo Qiangbing dari National University of Singapore (NUS). Studi ini dipublikasikan di jurnal Nature.

Miniaturisasi dan integrasi adalah strategi yang digunakan secara luas dalam sistem kuantum optik untuk meningkatkan skalabilitas dan stabilitasnya, sehingga memberikan jalan menuju solusi terukur dan praktis untuk komputasi kuantum optik dan komunikasi kuantum.

Dalam studi ini, para peneliti melaporkan kristal van der Waals (NbOCl 2 ) yang menampilkan perilaku eksitonik seperti lapisan tunggal dalam bentuk massal, yang menunjukkan kopling elektronik antarlapisan lemah yang terverifikasi. Perhitungan teoritis menyiratkan bahwa kopling antar lapisan yang lemah tersebut berasal dari ikatan ionik Nb-Cl yang kuat dalam kristal.

Generasi harmonik kedua (SHG) adalah proses optik nonlinier orde terendah di mana kerentanan optik nonlinier orde kedua bertanggung jawab untuk menghasilkan cahaya pada frekuensi harmonik kedua. Meskipun memiliki kerentanan nonlinier orde kedua yang tinggi, bahan 2D konvensional (misalnya, WS 2 ) menunjukkan penurunan respons SHG seiring bertambahnya jumlah lapisan, sedangkan intensitas SHG yang dapat diskalakan dalam NbOCl 2 hingga tiga kali lipat lebih tinggi dari pada lapisan tunggal. WS 2 .

Khususnya, serpihan kristal yang baru dilaporkan ini setipis 46nm. Nonlinieritas orde kedua yang kuat dari kristal NbOCl 2 memungkinkan proses SPDC, proses nonlinier orde kedua di mana foton dari laser pompa yang kuat diubah menjadi pasangan foton , yang berarti deteksi satu foton dari pasangan menandakan adanya dari yang lain.

Penemuan ini menjadikan kristal NbOCl 2 sebagai sumber SPDC dua dimensi tertipis dan pertama yang pernah dilaporkan.

Temuan penelitian ini tidak hanya menyediakan sumber cahaya kuantum terintegrasi untuk teknologi informasi kuantum optik, tetapi juga membuka arah baru dalam studi nonlinier optik dalam material dua dimensi.

Sumber: Qiangbing Guo et al, Ultrathin quantum light source with van der Waals NbOCl2 crystal, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-022-05393-7