NIST undersøgelser, hvorfor kvanteprikker lider af fluorescensintermittens

Forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST), arbejder i samarbejde med Naval Research Laboratory, har fundet ud af, at en bestemt art af kvanteprikker, som man normalt ikke anså for at blinke, gør.

Og hvad så? Godt, selvom blinkene er korte - i størrelsesordenen fra nanosekunder til millisekunder - kan selv korte udsving resultere i effektivitetstab, der kan forårsage problemer med at bruge kvanteprikker til at generere fotoner, der flytter information rundt inde i en kvantecomputer eller mellem noder i en fremtidig højsikkerhed internet baseret på kvantetelekommunikation.

Udover at vise, at prikkerne blinker, holdet foreslår også en mulig synder.

Forskere har betragtet indiumarsenid og galliumarsenid (InAs/GaAs) kvantepunkter som lovende som enkeltfotonkilder til brug i forskellige fremtidige computer- og kommunikationssystemer baseret på kvanteteknologier. Sammenlignet med andre systemer, forskere har foretrukket disse kvantepunkter, fordi de syntes ikke at blinke, og fordi de kan fremstilles direkte i de typer af halvlederoptoelektronik, der har udviklet sig i løbet af de sidste årtier.

NIST-forskerholdet mente også, at disse kvanteprikker udsendte konstant lys perfekt, indtil de stødte på en, der tydeligvis blinkede (eller var "fluorescerende intermitterende, " i tekniske termer). De besluttede at se, om de kunne finde andre, der blinkede på en mindre tydelig måde.

Mens de fleste tidligere eksperimenter undersøgte prikkerne i bulk, holdet testede disse prikker, da de ville blive brugt i en egentlig enhed. Ved hjælp af en ekstremt følsom foton -autokorrelationsteknik til at afdække subtile signaturer af blinkende, de fandt ud af, at prikkerne blinker over tidsskalaer fra titusinde nanosekunder til hundredvis af millisekunder. Deres resultater tyder på, at opbygning af fotoniske strukturer omkring kvantepunkterne - noget du skulle gøre for at gøre mange applikationer levedygtige - kan gøre dem betydeligt mindre stabile som lyskilde.

"De fleste af de tidligere eksperimentelle undersøgelser af blinkende inInAs/GaAs kvanteprikker kiggede på deres adfærd, efter at prikkerne er blevet dyrket, men før de omkringliggende enheder er blevet fremstillet, " siger Kartik Srinivasan, en af ​​forfatterne til undersøgelsen. "Imidlertid, der er ingen garanti for, at en kvantepunkt forbliver ikke-blinkende efter nanofabrikation af en omgivende struktur, som introducerer overflader og potentielle defekter inden for 100 nanometer fra kvantepunktet. Vi anslår den strålende effektivitet af kvantepunkterne til at være mellem ca. 50 og 80 procent, efter at de fotoniske strukturer er fremstillet, væsentligt mindre end den 100 procent effektivitet, som fremtidige applikationer vil kræve."

Ifølge Marcelo Davanço, en anden forfatter til undersøgelsen, fremtidigt arbejde vil fokusere på måling af prikker både før og efter enhedsfabrikation for bedre at vurdere, om fremstillingen faktisk er en kilde til de defekter, der menes at forårsage blinken. Ultimativt, forfatterne håber at forstå, hvilke typer enhedsgeometrier der vil undgå at blinke, mens de stadig sender de udsendte fotoner effektivt ind i en nyttig transmissionskanal, såsom en optisk fiber.

NIST Center for Nanoscale Science and Technology (CNST) er en national nanoteknologibrugerfacilitet, der muliggør innovation ved at give hurtig adgang til de nødvendige værktøjer til at lave og måle nanostrukturer. Forskere, der er interesseret i at få adgang til de teknikker, der er beskrevet her eller i at samarbejde om deres fremtidige udvikling, bør kontakte Kartik Srinivasan.