Résumé :
Une équipe de l'Université de Buffalo a utilisé des calculs de principes fondamentaux pour prédire quel type d'« empreintes digitales » optiques différents défauts atomiques du nitrure de bore hexagonal produiraient lorsqu'ils seraient confrontés à une lumière laser. L'étude a analysé dix types de défauts, y compris les lacunes d'atomes de bore ou d'azote, et les structures de défauts formées par des atomes de carbone remplaçant les positions de bore et d'azote, et a révélé qu'ils modifieraient les caractéristiques d'intensité et de polarisation du signal lumineux généré par le matériau.
Le nitrure de bore hexagonal est un matériau bidimensionnel qui a attiré l'attention, composé d'atomes de bore et d'azote disposés dans une structure en nid d'abeille. La recherche montre que les défauts ont peu d'impact sur la réponse optique linéaire ordinaire du matériau, mais peuvent améliorer considérablement l'effet optique non linéaire : certaines structures peuvent permettre au laser incident de générer de la lumière avec une fréquence deux ou trois fois supérieure. Parmi eux, le signal de la deuxième harmonique du complexe de défauts de l'atome de carbone peut être amélioré de plusieurs ordres de grandeur et le signal change avec la direction de polarisation.
Ces différences devraient aider les chercheurs à déterminer quels atomes contiennent les défauts et comment ils sont disposés. Même si le défaut est constitué du même type et du même nombre d’atomes, le spectre de polarisation résultant peut être différent tant que la géométrie est différente. Par exemple, parmi deux arrangements à quatre carbones simulés par l’étude, l’un devait produire un signal fort dans les deux directions de polarisation, tandis que l’autre était considérablement amélioré dans une seule direction. L’équipe de recherche a également mesuré des échantillons de nitrure de bore dopés au carbone, et les résultats expérimentaux ont corroboré qualitativement les tendances prédites par les calculs ; cependant, ces travaux n’ont pas encore démontré un dispositif de détection mature capable d’identifier un par un les défauts atomiques uniques.
Certains défauts de nitrure de bore hexagonal peuvent émettre un photon à la fois et devraient être utilisés dans les communications quantiques et la détection à haute sensibilité. Les chercheurs espèrent utiliser ces caractéristiques optiques pour éliminer les défauts adaptés à la génération de lumière quantique et contrôler davantage leur emplacement dans le matériau, créant ainsi un réseau composé de plusieurs sources de lumière quantique disposées avec précision. Des recherches pertinentes ont été publiées dans Nano Letters. Actuellement, il fournit principalement une base théorique pour l'identification et la conception des défauts. Les dispositifs quantiques pratiques nécessitent encore une vérification ultérieure et un développement technique.
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