Kvanteprikker er ikke prikker:fysikere

Forskere fra Quantum Photonics Group på DTU Fotonik i samarbejde med Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet overrasker den videnskabelige verden med opdagelsen af, at lysemission fra faststoffotonemittere, de såkaldte kvanteprikker, er fundamentalt anderledes end hidtil troet. Den nye indsigt kan finde vigtige applikationer som en måde at forbedre effektiviteten af ​​kvanteinformationsenheder. Deres resultater er offentliggjort den 19. december 2010 i Naturfysik .

I dag er det muligt at fremstille og skræddersy højeffektive lyskilder, der udsender en enkelt foton ad gangen, som udgør lysets grundlæggende enhed. Sådanne emittere omtales som kvanteprikker og består af tusindvis af atomer. På trods af de forventninger, der afspejles i denne terminologi, kvanteprikker kan ikke beskrives som punktlyskilder, hvilket fører til den overraskende konklusion:kvanteprikker er ikke prikker!

Denne nye indsigt blev realiseret ved eksperimentelt at optage fotonemission fra kvanteprikker placeret tæt på et metallisk spejl. Punktlyskilder har de samme egenskaber, uanset om de vendes på hovedet eller ej, og dette forventedes også at være tilfældet for kvanteprikker. Imidlertid, denne fundamentale symmetri blev fundet krænket i eksperimenterne på DTU, hvor der blev observeret en meget udtalt afhængighed af fotonemissionen af ​​orienteringen af ​​kvanteprikkerne.

De eksperimentelle resultater stemmer godt overens med en ny teori om lys-stof-interaktion udviklet af DTU-forskere i samarbejde med Anders S. Sørensen fra Niels Bohr Institutet. Teorien tager den rumlige udstrækning af kvanteprikker i betragtning.

Ved metalspejlets overflade, der findes meget begrænsede optiske overfladetilstande; de såkaldte plasmoner. Plasmonics er et meget aktivt og lovende forskningsfelt, og den stærke indespærring af fotoner, tilgængelig i plasmonics, kan have ansøgninger til kvanteinformationsvidenskab eller solenergihøst. Den stærke indespærring af plasmoner indebærer også, at fotonemission fra kvanteprikker kan ændres kraftigt, og at kvanteprikker kan excitere plasmoner med meget stor sandsynlighed. Nærværende arbejde viser, at excitationen af ​​plasmoner kan være endnu mere effektiv end tidligere antaget. Det faktum, at kvanteprikker strækker sig over områder, der er meget større end atomare dimensioner, indebærer således, at de kan interagere mere effektivt med plasmoner.

Arbejdet kan bane vejen for nye nanofotoniske enheder, der udnytter kvanteprikkernes rumlige udstrækning som en ny ressource. Den nye effekt forventes at være vigtig også inden for andre forskningsområder end plasmonics, inklusive fotoniske krystaller, hulrums kvanteelektrodynamik, og let høst.