Hybridní 2D materiál slibuje zlepšení optických zařízení a kvantových počítačů

Vizualizace složení nového 2D materiálu

Nový typ dvojrozměrného materiálu, který vyzařuje strukturované světlo, vytvořili vědci a vědkyně z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy a Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd ČR. Materiál s unikátními vlastnostmi může zlepšit hustotu informace v optické komunikaci a zvýšit polarizační citlivost optoelektronických zařízení, displejů a senzorů, které jsou potřebné pro počítače nové generace. Odborníci studii publikovali v časopise ACS Nano.

Světlo je elektromagnetické vlnění, které se v elektronických zařízeních používá k přenosu informací, zpracování signálů nebo komunikaci. V základním optickém komunikačním obvodu se používá nestrukturované světlo. Více informací však lze zpracovat pomocí vhodně polarizovaného světla a v poslední době nabývá na významu využití tzv. chirálního nebo strukturovaného světla. Obecně se k získání takto polarizovaného světla používají polarizační filtry, jejichž miniaturizace je velmi náročná. Tým vědců z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR a Univerzity Karlovy vytvořil unikátní ultratenký materiál, který dokáže světlo sám polarizovat.

„Krása tohoto materiálu spočívá v tom, že produkuje chirální světlo i při pokojové teplotě, což je příslibem pro zlepšení současných informačních a kvantových technologií,“ říká Golam Haider z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského, který se na výzkumu podílel.

„Takto unikátní materiál lze překvapivě snadno získat nanesením speciálních magnetických molekul na vhodný 2D polovodič,“ upřesňuje Martin Kalbáč z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského. V tomto případě na monovrstvu sulfidu molybdeničitého (MoS₂) o tloušťce tří atomů.

„Prokázali jsme, že tento materiál je vysoce účinný a stabilní po dobu několika měsíců, což je pro praktické aplikace zcela nezbytné,“ říká Vaibhav Varade z Matfyzu, první autor publikace.

Další vylepšení kvantové technologie

Tento jen několik nanometrů tenký nový materiál produkuje kruhově polarizované světlo s velmi vysokým kvantovým výtěžkem, který slibuje využití v miniaturizovaných kvantových optoelektronických obvodech. Neobvyklý jev vysvětlili odborníci z teoretické skupiny na katedře fyziky kondenzovaných látek Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy.

„Výjimečné optické vlastnosti jsou umožněny speciálním přenosem energie mezi magnetickými molekulami a 2D polovodičem, který přetrvává až do nízkých teplot, kde se z magnetických molekul stávají kvantové objekty,“ dodává Jana Kalbáčová Vejpravová z Matfyzu, která koncept spinových hybridů na bázi magnetických molekul a 2D polovodičů zavedla ve svém ERC Starting grantu TSuNAMI.

Vědci nový materiál testovali i při teplotách kapalného helia (až -269 °C) a v přítomnosti vnějšího magnetického pole. Považují jej za velmi slibný pro využití v optoelektronice a kvantové komunikaci.

VÍCE INFORMACÍ: