Kvanteprikker giver fuldstændig kontrol over fotoner

Ved at udsende fotoner fra en kvantepunkt øverst på en mikropyramid, forskere ved Linköpings Universitet skaber en polariseret lyskilde til ting som energibesparende computerskærme og aflytningssikker kommunikation.

Polariseret lys – hvor alle lysbølgerne svinger i samme plan – danner grundlaget for teknologi såsom LCD-skærme i computere og tv-apparater, og avanceret kvantekryptering. Normalt, dette skabes af normalt upolariseret lys, der passerer gennem et filter, der blokerer for de uønskede lysbølger. Mindst halvdelen af ​​det udsendte lys, og derved en lige stor mængde energi, går tabt i processen.

En bedre metode er at udsende lys, der er polariseret lige ved kilden. Dette kan opnås med kvanteprikker - krystaller af halvledende materiale så små, at de producerer kvantemekaniske fænomener. Men indtil nu, de har kun opnået polarisering, der enten er helt for svag eller svær at kontrollere.

En halvledende materialeforskningsgruppe ledet af professor Per Olof Holtz præsenterer nu en alternativ metode, hvor asymmetriske kvantepunkter af et nitridmateriale med indium dannes i toppen af ​​mikroskopiske sekssidede pyramider. Med disse, det er lykkedes dem at skabe lys med en høj grad af lineær polarisering, i gennemsnit 84 pct. Resultaterne offentliggøres i tidsskriftet Nature Lys:Videnskab og applikationer .

"Vi demonstrerer en ny måde at generere polariseret lys direkte, med en forudbestemt polarisationsvektor og med en polariseringsgrad, der er væsentlig højere end med de tidligere lancerede metoder, " siger professor Holtz.

I eksperimenter, der blev brugt kvanteprikker, der udsender violet lys med en bølgelængde på 415 nm, men fotonerne kan i princippet antage enhver farve overhovedet inden for det synlige spektrum ved at variere mængden af ​​metallet indium.

"Vores teoretiske beregninger peger på det faktum, at en øget mængde af indium i kvanteprikkerne yderligere forbedrer graden af ​​polarisering, " siger læser Fredrik Karlsson, en af ​​artiklens forfattere.

Mikropyramiden er konstrueret gennem krystallinsk vækst, atomlag for atomlag, af det halvledende materiale galliumnitrid. Ovenpå dette lægges et par nanothinde lag, hvor metallet indium også indgår. Fra den asymmetriske kvanteprik, der således dannes i toppen, lyspartikler udsendes med en veldefineret bølgelængde.

Resultaterne af forskningen åbner muligheder, for eksempel til mere energieffektive polariserede lysemitterende dioder i lyskilden til LCD-skærme. Da kvanteprikkerne også kan udsende en foton ad gangen, dette er meget lovende teknologi til kvantekryptering, en voksende teknologi til aflytningssikker kommunikation.