Forskere manipulerer egenskaberne ved kvantepunkter

Forskere ved National Research Nuclear University MEPhI (MEPhI) har vist en stigning i intensiteten og emissionshastigheden for kvantepunkter. Ifølge forfatterne af undersøgelsen, udviklingen kunne hjælpe med at løse et af nøgleproblemerne i at oprette en kvantecomputer og løfte biomedicinsk overvågning til et nyt niveau. Forskningsresultaterne blev offentliggjort i Optik Express .

Quantum dots er lavdimensionelle fluorescerende nanostrukturer, der giver løfte inden for lys-stof-interaktion. De er i stand til at absorbere en lang række lys og udsende lys i et snævert område af bølgelængder, som afhænger af nanokrystalets størrelse; det er, en eller anden kvantepunkt lyser med en bestemt farve. Disse egenskaber gør kvanteprikker næsten perfekte til ultralydsfølsom flerfarvet registrering af biologiske objekter, samt til medicinsk diagnostik.

Quantum dots kan bruges på en lang række områder, fra belysningsenheder og solpaneler til qubits til kvanteberegning. De er bedre end traditionelle fosfor med hensyn til fotostabilitet og lysstyrke. Quantum dot -skærme kan give meget højere lysstyrke, kontrast og lavere strømforbrug end andre teknologier.

Forskere ved Laboratory of Nano-Bioengineering (LNBE) fra Institute of Engineering Physics for Biomedicine, MEPhI, har været de første til at demonstrere en stigning i både intensiteten og den spontane emissionshastighed for halvlederkvantumpunkter i porøse siliciumbaserede fotoniske strukturer.

Undersøgelsesresultaterne repræsenterer en ny tilgang til at kontrollere spontan lysemission ved at ændre det lokale elektromagnetiske miljø af fosfor i en porøs matrix, som åbner muligheder for nye applikationer inden for bio-sensing, optoelektronik, kryptografi og kvanteberegning.

Først og fremmest, de nye systemer kan tjene som grundlag for kompakte fluorescerende biosensorer i form af enzymbundet immunosorbentassay, udbredt i klinisk praksis. Brug af kvantepunkter med fotonisk krystalforstærket fluorescens øger analysens følsomhed betydeligt, muliggør tidlig opdagelse af sygdomme, når antallet af sygdomsbiomarkører i patientens blod er lavt. Det vil også lette overvågning af patientbehandling.

I øvrigt, udviklingen kan tjene som grundlag for optiske computere eller kryptografiske systemer, udskiftning af omfangsrige kilder til enkeltfotoner eller optiske logiske elementer. Ud over kompakthed og enkelhed, brug af de nye systemer på dette område vil gøre det muligt at løse et af branchens vigtigste problemer:on-demand produktion af enkelt- eller kvanteindviklede fotoner, hvilket er næsten umuligt i dag.

Indviklede fotoner - et par partikler i korrelerede kvantetilstande - spiller en central rolle i moderne fysik. Uden sammenfiltrede par, det er næsten umuligt at implementere kvantekommunikation og kvanteteleportation, samt bygge kvantecomputere, der er forbundet til kvante -internettet. Hvis kvantecomputeren er oprettet, principperne for en lang række områder - molekylær modellering, kryptografi, kunstig intelligens - kunne ændre sig fuldstændigt.

MEPhI -forskere har formået at opnå resultatet på grund af brug af dyb oxidation af fotoniske krystaller, hvilket gjorde det muligt at undertrykke luminescensdæmpning, samt at reducere energitabet til absorption.

"For at forbedre luminescensen af ​​sådanne strukturer, forskellige metoder bruges, blandt hvilke anvendelse af fotoniske krystaller er af særlig interesse. Periodiske variationer i den fotoniske krystal brydningsindeks gør det muligt at opnå en lokal stigning i fotonisk tilstandstæthed, på grund af hvilken phosphors intensitet og spontane stigning i emissionshastighed observeres, "Pavel Samokhvalov, en forsker ved LNBE MEPhI, sagde.

Til fremstilling af fotoniske krystaller, porøs silicium er meget udbredt, som er ganske anderledes end andre materialer på grund af muligheden for nøjagtigt at kontrollere brydningsindekset, let fremstilling, og sorptionskapacitet.

Imidlertid, indtil nu, forskerne har ikke formået at øge fosforernes strålende afslapningshastighed i porøse siliconfotoniske krystaller på grund af betydelig luminescens -slukning ved kontakt med siliciumoverfladen.