Ultratynde kvantelyskilder:Forskere viser excitoniske interaktioner, der øger effektiviteten af ​​indviklet fotongenerering

Forskere fra University of Cambridge og University of Southampton har gjort betydelige fremskridt med at udvikle ultratynde kvantelyskilder. Deres forskning viser, hvordan udnyttelse af excitoniske interaktioner kan forbedre effektiviteten af ​​indviklet fotongenerering. Disse resultater lover at miniaturisere og integrere kvantefotoniske enheder, der er afgørende for kvantecomputere og kommunikationsteknologier.

Eksitoniske interaktioner og entangled Photon Generation

Excitoner er kvasipartikler, der dannes, når elektroner og huller bindes sammen af ​​coulombiske kræfter. I visse halvledermaterialer, såsom atomisk tynde overgangsmetal-dichalcogenider (TMD'er), udviser excitoner stærke interaktioner, hvilket fører til unikke optiske fænomener. Et sådant fænomen er exciton-exciton-annihilation, hvor to excitoner interagerer og udsletter hinanden og frigiver energi i form af sammenfiltrede fotoner.

Forbedring af effektiviteten

Holdet, ledet af professor Mete Atature, undersøgte, hvordan exciton-exciton-interaktioner kan udnyttes til at forbedre effektiviteten af ​​viklet fotongenerering. De fremstillede ultratynde kvante lysemitterende dioder (LED'er) ved hjælp af atomisk tynde TMD monolag og studerede deres lysemitterende egenskaber under forskellige excitationseffekttætheder.

Nøglefund

Deres eksperimenter afslørede, at exciton-exciton-interaktioner spiller en afgørende rolle i at forbedre genereringen af ​​sammenfiltrede fotoner. Ved lave excitationseffekter udviste LED svage exciton-exciton-interaktioner, hvilket resulterede i lave sammenfiltrede fotongenereringshastigheder. Men efterhånden som excitationskraften steg, blev exciton-exciton-interaktioner mere udtalte, hvilket førte til et betydeligt løft i effektiviteten af ​​indviklet fotongenerering - en mere end tidoblet stigning sammenlignet med laveffektregimet.

Betydning

Denne forskning viser potentialet af atomisk tynde TMD kvantelyskilder til effektiv generering af sammenfiltrede fotoner. Udnyttelse af exciton-exciton-interaktioner tilbyder en kraftfuld tilgang til at forbedre ydeevnen af ​​kvantefotoniske enheder. Disse fremskridt bidrager til miniaturisering og integration af kvanteteknologier, hvilket baner vejen for praktiske anvendelser inden for kvanteberegning, kvantekryptografi og kvantesansning.

Resultaterne er rapporteret i tidsskriftet Nature Communications .