過去十年來，所謂的單層材料受到科學家們的高度重視，因為這些材料在物理學領域具有非常大的潛力。2016年初，德國維爾茨堡大學的研究團隊受到歐洲研究委員會(ERC)1500萬歐元的資助，用於研究過渡金屬硫化物(TMDC)，如今已取得一定進展。
潛在應用
1應用一：量子通信研究
首先，通過一種簡單的方法製備單層材料。第一步，用膠帶從TMDC晶體上剝下多層薄膜。再從多層薄膜上剝下更薄的薄膜，如此反複，最終得到單層材料。
然後，將該單層材料冷卻到略高於絕對零度的溫度，並用激光激發，在這種特定條件下，該單層材料將發射單個光子。研究人員解釋道，實際上激發出的是兩個光子，光粒子是成對產生的。
這種光子對源非常有趣：光子對的兩個光子狀態相互交疊，糾纏在一起。一個光子的狀態直接影響另一個光子，且不受距離限製，這種原理可以用於加密通信。
2應用二：用於新型激光源
維爾茨堡大學的科學家演示了這種單層材料的另一種應用。在兩個鏡子之間放置單層材料，然後用激光激發。當激光的輻射達到一定程度時，TMDC開始發射光子。這些光子碰到鏡子後發色回TMDC板，刺激TMDC原子產生新的光子。
研究人員稱：“我們將這一過程稱為強耦合。光和物質作用生成激子極化光子。”這是首次在室溫下，在單原子層材料探測到極化光子。
這種“克隆”光子與激光有相似的特性，但產生原理完全不同。理想情況下，在初始激發之後，就可通過自給自足方式產生新的光粒子，而不再需要任何額外的能量供應。
與之相反，在激光器中的激光材料需要外部持續激發。
在物理學中，“單層”指固體材料的最小厚度，通常是單個原子層厚度，晶體材料可以是三層或更多層原子，也稱為二維材料。二維材料經常表現出意想不到的特性。如TMDC，具有類似於半導體的特性，可用於製造超小型、高能效芯片。
TMDC結構
TMDC具有相當簡單的二維結構。鉬或鎢等過渡金屬原子的單排結構，夾在同樣薄的硫元素層之間。不同基礎成分搭配製成的TMDC具有大範圍的電子和光學特性。
圖 在特定條件下，下層的單原子層發射不同頻率的光子對，示意圖中分別用紅色和綠色來代表
潛在應用
德國維爾茨堡大學教授團隊通過實驗發現，當TMDC吸收能量時能夠發光。試驗表明，這種新型單層材料可用於製造新型高效節能激光源，也可用於量子效應的研究。
1應用一：量子通信研究
首先，通過一種簡單的方法製備單層材料。第一步，用膠帶從TMDC晶體上剝下多層薄膜。再從多層薄膜上剝下更薄的薄膜，如此反複，最終得到單層材料。
然後，將該單層材料冷卻到略高於絕對零度的溫度，並用激光激發，在這種特定條件下，該單層材料將發射單個光子。研究人員解釋道，實際上激發出的是兩個光子，光粒子是成對產生的。
這種光子對源非常有趣：光子對的兩個光子狀態相互交疊，糾纏在一起。一個光子的狀態直接影響另一個光子，且不受距離限製，這種原理可以用於加密通信。
2應用二：用於新型激光源
維爾茨堡大學的科學家演示了這種單層材料的另一種應用。在兩個鏡子之間放置單層材料，然後用激光激發。當激光的輻射達到一定程度時，TMDC開始發射光子。這些光子碰到鏡子後發色回TMDC板，刺激TMDC原子產生新的光子。
研究人員稱：“我們將這一過程稱為強耦合。光和物質作用生成激子極化光子。”這是首次在室溫下，在單原子層材料探測到極化光子。
這種“克隆”光子與激光有相似的特性，但產生原理完全不同。理想情況下，在初始激發之後，就可通過自給自足方式產生新的光粒子，而不再需要任何額外的能量供應。
與之相反，在激光器中的激光材料需要外部持續激發。
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