讓光穿過世界上最薄的半導體晶體平面

這組光偏振空間分布圖非同尋常——它看上去很像多色紅螺。

在筆電電腦或者智能手機內部的現代微電路中，你都可以發現晶體管的蹤影。晶體管是一種能夠控制電子流動的小型半導體設備。它在微電路中起著非常重要的作用。如果我們能用光子替代電子，那麽就有可能製造出新的計算系統，進而在接近光速的超快速度下處理大量信息流。科學家們認為，光子是在量子計算機中傳輸信息的最佳載體。這種仍然只存在於假想中的計算機，其“立身之本”是量子學定律，它能夠比當前最強大的超級計算機更有效地解決很多問題。儘管量子計算機非常強大，但科學家們仍然沒有確定選擇何種材料和平台來組建量子計算機系統。超導電路、冷原子或離子都有可能是未來製造量子計算機的選擇。目前來看，半導體平台和二維晶體有望暫時在“競賽”中領先。

phys.org網站7月23日報導，《自然•納米技術》雜誌發文稱，物理學家們研究了光在單原子厚度的二硒化鉬（MoSe2）二維晶體層中的傳播情況。二硒化鉬是世界上最薄的半導體晶體。研究人員發現，在超細晶體層中傳播的光的偏振性由光的傳播方向決定。這是晶體中自旋軌道相互作用的結果。有趣的是，正如科學家們強調的那樣，他們觀測到的光偏振空間分布圖非同尋常：它很像一個多彩紅螺。

德國維爾茨堡大學（University of Würzburg）的Sven Höfling教授團隊合成了實驗中用到的超細二硒化鉬晶體。Sven Höfling實驗室被認為是歐洲最好的晶體培育實驗室之一。此後，俄羅斯聖彼得堡大學Alexey Kavokin教授團隊和Höfling團隊共同完成了晶體的測定實驗。Mikhail Glazov對理論基礎的發展作出了重要貢獻。他是俄羅斯科學院、聖彼得堡大學自旋光學實驗室和約飛物理技術研究所（Ioffe Physical Technical Institute）的研究人員。

Kavokin教授說：“我認為在不久的將來，二維單原子晶體將在量子通信器件中扮演重要的角色。超級計算機需要很長時間才能完成的工作，對量子計算設備來講可能不值一提。量子設備的超強性能背後同時也蘊藏著巨大的風險——風險甚至不比原子彈低。例如，黑客使用量子計算機可以快速入侵銀行保護系統。因此，科學家們正在進行大量保護性工作，包括創造保護量子設備的量子密碼學等。我們的工作主要為半導體量子技術的發展有所貢獻。”

此外，正如Kavokin教授所講，這項研究是光誘導超導性研究的重要進展。雖然超導性很美好，但不具備應用可行性的超導性始終價值偏低。2018年3月，Kavokin教授團隊曾預測，含有超導金屬（如鋁）的結構有助於解決這個問題。如今，他們正在尋找恰當的方法來獲取支持其理論的實驗證據。

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：三水