Sandwichstruktur af nanokrystaller som kvantelyskilde

Spændte fotoemittere kan samarbejde og udstråle samtidigt, et fænomen kaldet superfluorescens. Forskere fra Empa og ETH Zürich, sammen med kolleger fra IBM Research Zurich, har for nylig været i stand til at skabe denne effekt med lange rækkevidde bestilte nanokrystal superlattices. Denne opdagelse kan muliggøre fremtidig udvikling inden for LED -belysning, kvantefølelse, kvantekommunikation og fremtidig kvanteberegning. Undersøgelsen er netop blevet offentliggjort i det anerkendte tidsskrift Natur .

Nogle materialer udsender spontant lys, hvis de exciteres af en ekstern kilde, for eksempel en laser. Dette fænomen er kendt som fluorescens. Imidlertid, i flere gasser og kvantesystemer kan der forekomme en meget stærkere lysemission, når udsenderne i et ensemble spontant synkroniserer deres kvantemekaniske fase med hinanden og handler sammen, når de er spændte. På denne måde, det resulterende lysudbytte kan være meget mere intens end summen af ​​de enkelte emittere, hvilket fører til en ultrahurtig og lys lysemission - superfluorescens. Det sker kun, imidlertid, når disse emittere opfylder strenge krav, såsom at have den samme emissionsenergi, høj koblingsstyrke til lysfeltet og en lang sammenhængstid. Som sådan, de interagerer stærkt med hinanden, men bliver samtidig ikke let forstyrret af deres omgivelser. Dette har ikke været muligt indtil nu ved hjælp af teknologisk relevante materialer. Kolloide kvanteprikker kunne bare være billetten; de er bevist, kommercielt tiltalende løsning, der allerede bruges i de mest avancerede LCD -tv -skærme - og de opfylder alle kravene.

Forskere ved Empa og ETH Zürich, ledet af Maksym Kovalenko, sammen med kolleger fra IBM Research Zurich, har nu vist, at den seneste generation af kvanteprikker fremstillet af blyhalogenidperovskitter tilbyder en elegant og praktisk praktisk vej til superfluorescens on-demand. For det, forskerne arrangerede perovskit-kvanteprikker i et tredimensionelt supergitter, som muliggør den sammenhængende kollektive emission af fotoner - hvilket skaber superfluorescens. Dette danner grundlag for kilder til sammenfiltrede multi-foton-tilstande, en manglende nøgleressource til kvantesansning, kvantebilleddannelse og fotonisk kvanteberegning.

"Fugle af samme fjer, samles i flok"

En sammenhængende kobling mellem kvantepunkter kræver, imidlertid, at de alle har samme størrelse, form og sammensætning, fordi "fugle af en fjer flokkes sammen" i kvanteuniverset, også. "Sådanne langtrækkende ordnede supergitter kunne kun opnås fra en meget monodispers opløsning af kvanteprikker, hvis syntese var blevet omhyggeligt optimeret i løbet af de sidste par år, "sagde Maryna Bodnarchuk, en seniorforsker ved Empa. Med sådanne "ensartede" kvantepunkter i forskellige størrelser, forskergruppen kunne derefter danne supergitter ved korrekt at kontrollere opløsningsmidlets fordampning.

Det endelige bevis for superfluorescens kom fra optiske eksperimenter udført ved temperaturer på omkring minus 267 grader Celsius. Forskerne opdagede, at fotoner blev udsendt samtidigt i et lyst udbrud:"Dette var vores 'Eureka!' - øjeblik. I det øjeblik vi indså, at dette var en ny kvante lyskilde, "sagde Gabriele Rainó fra ETH Zürich og Empa, der var en del af teamet, der udførte de optiske eksperimenter.

Forskerne betragter disse eksperimenter som et udgangspunkt for yderligere at udnytte kollektive kvantefænomener med denne unikke klasse af materiale. "Da ensemblets egenskaber kan øges i forhold til blot summen af ​​dets dele, man kan gå langt ud over at konstruere de enkelte kvantepunkter, "tilføjede Michael Becker fra ETH Zürich og IBM Research. Den kontrollerede generation af superfluorescens og det tilsvarende kvantelys kunne åbne nye muligheder for LED -belysning, kvantefølelse, kvantekrypteret kommunikation og fremtidig kvanteberegning.