통신용 육각형 질화붕소의 원자 결함으로 인한 변형 조정 가능 양자 방출

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 21673(2022) 이 기사 인용

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이 연구는 장거리 및 단거리에 대해 외부 변형 유도를 사용하여 통신(C 대역 - 1530 ~ 1560 nm) 및 UV-C(태양 블라인드 - 100 ~ 280 nm) 광학 대역으로 2D hBN 양자 방출기의 조정 가능성을 확장하는 방법을 제시합니다. 양자통신(QKD) 애플리케이션이다. 양자 방출기는 이 QKD(양자 통신 또는 정보) 기술의 기본 구성 요소로, 실온에서 단일 광자를 방출해야 하며 방출 파장을 위의 필요한 범위로 조정할 수 있습니다. 최근 문헌에 따르면 2D hBN의 양자 방출체는 높은 온도와 공격적인 어닐링 처리에서만 견딜 수 있는 능력이 있는 것으로 나타났습니다. 그러나 밀도 함수 이론(DFT) 예측에 따르면 hBN은 약 290~900nm(UV~근거리)의 단일 광자만 방출할 수 있다고 합니다. -IR 지역) 범위. 따라서 hBN 양자 방출기의 방출 파장을 위에서 언급한 대역으로 설계하고 추가로 조정할 필요가 있습니다(효율적인 QKD 구현에 필요함). 방출 파장을 조정하는 솔루션 중 하나는 외부 변형을 유도하는 것입니다. 이 연구에서는 DFT 계산을 사용하여 세 가지 다른 정상 변형을 유도하여 점 결함이 있는 hBN의 양자 방출 조정 가능성을 조사합니다. 효율적인 QKD의 성공적인 구현을 향상시킬 수 있는 산소 원자가 있는 붕소 단일 공석(VB) 및 붕소 단일 공석(VBO2)과 같은 점 결함에 대해 최대 255 nm 및 1589.5 nm의 조정 가능성 범위를 얻었습니다. 또한 다른 결함의 조정 가능성도 조사합니다. 질소 단일 공석, 자가 침입형 질소 단일 공석, 탄소 침입형 질소 단일 공석, 탄소 이량체 및 붕소 매달려 결합은 가시광선, 기타 UV 및 IR 스펙트럼 범위에서 조정 가능한 양자 방출을 나타냈으며 이러한 맞춤형 양자 방출은 또 다른 양자광소자의 탄생.

이상적인 단일 광자 방출 특성에 충분히 가깝고 더 높은 작동 온도, 다양한 열악한 환경에서 방출 특성을 유지할 수 있고 방출 스펙트럼을 넓은 범위(더 높은 파장 범위에서 더 짧은 파장 범위까지)로 조정할 수 있는 광발광 양자 방출기는 성공적인 양자 정보 기술 및 통합 양자 포토닉스를 구현하기 위한 핵심 요소입니다. 특히 강력한 양자 통신은 광섬유4 및 자유 공간 채널5,6을 통해 장거리 및 단거리 거리1,2,3에 대해 1530~1560nm의 통신(C 대역) 범위에서 효율적인 양자 방출을 제공하는 양자 방출기를 요구합니다. UV 영역의 양자 통신은 또한 100-280nm 범위의 태양맹(UV-C) 영역에서 양자 방출이 필요한 단거리 거리(NLOS(비시선) 조건 하에서)에 대한 또 다른 대안적인 접근 방식입니다. 8.

최첨단 연구에 따르면 적층형 재료를 사용하여 이러한 이상적인 양자 방출기를 구현하는 것이 가장 유망한 솔루션 중 하나인 것으로 나타났습니다9,10,11,12. 그러나 2D hBN(백색 그래핀)으로 개발된 최신 양자 방출체는 높은 작동 온도13 및 격렬한 어닐링 처리14에서 높은 방출 특성을 유지하는 것으로 밝혀졌지만 UV에서 근적외선 영역, 즉 약 290-290°C까지만 방출 스펙트럼을 나타냅니다. 900nm 범위15,16. 대체 기술로 탄소나노튜브는 1500 nm 부근에서 양자 방출을 나타내지만17 방출 범위가 좁고 작동 온도가 낮다는 단점이 있습니다. 반면, 양자점은 넓은 방출 스펙트럼을 달성할 수 있습니다. 그러나 양자점의 특정 파장 방출에는 뚜렷한 양자 배열과 서로 다른 도핑이 필요합니다. 따라서 양자점을 사용하여 단일 호스트 물질에서 완전한 넓은 범위의 방출 스펙트럼을 달성하는 것은 어렵습니다.