Kobling af en nano-trompet med en kvanteprik muliggør præcis positionsbestemmelse

Forskere fra Swiss Nanoscience Institute og University of Basel er lykkedes med at koble en ekstremt lille kvanteprik med 1, 000 gange større trompetformet nanotråd. Bevægelsen af ​​nanotråden kan detekteres med en følsomhed på 100 femtometer via bølgelængden af ​​lyset, der udsendes af kvanteprikken. Omvendt oscillationen af ​​nanotråden kan påvirkes af excitation af kvanteprikken med en laser. Naturkommunikation offentliggjort resultaterne.

Professor Richard Warburton og Argovia Professor Martino Poggios team i Institut for Fysik og det schweiziske Nanovidenskabsinstitut ved Universitetet i Basel arbejdede sammen med kolleger fra Grenoble Alps University og Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA) i Grenoble for at koble en mikroskopisk mekanisk resonator med en kvanteprik i nanoskala. De brugte nanotråde lavet af galliumarsenid, der er omkring 10 mikrometer lange og har en diameter på et par mikrometer i toppen. Trådene tilspidser skarpt nedad og ligner derfor små trompeter arrangeret på underlaget. Tæt på basen, som kun er omkring 200 nanometer bred, forskerne placerede en enkelt kvanteprik, der kan udsende individuelle lyspartikler (fotoner).

Excitationer fører til belastninger

Hvis nanotråden svinger frem og tilbage på grund af termisk eller elektrisk excitation, den relativt store masse i den brede ende af nanotrompeten giver store spændinger i tråden, der påvirker kvanteprikken ved bunden. Kvanteprikkerne presses sammen og trækkes fra hinanden; som resultat, bølgelængden og dermed farven på de fotoner, der udsendes af kvanteprikken. Selvom ændringerne ikke er særligt store, følsomme mikroskoper med meget stabile lasere - specielt udviklet i Basel til sådanne målinger - er i stand til præcis detektering af bølgelængdeændringerne. Forskerne kan bruge de forskudte bølgelængder til at registrere ledningens bevægelse med en følsomhed på kun 100 femtometer. De forventer, at ved at excitere kvanteprikken med en laser, oscillationen af ​​nanotråden kan øges eller mindskes efter ønske.

Potentielle anvendelser inden for sensor- og informationsteknologi

"Vi er især fascineret af det faktum, at en forbindelse mellem objekter af så forskellige størrelser er mulig, " siger Warburton. Der er også forskellige potentielle anvendelser for denne gensidige kobling. "F.eks. vi kan bruge disse koblede nanotråde som følsomme sensorer til at analysere elektriske eller magnetiske felter, " forklarer Poggio, som undersøger de mulige ansøgninger med sit team. "Det kan også være muligt at placere flere kvanteprikker på nanotråden, at bruge bevægelsen til at forbinde dem sammen og så videregive kvanteinformation, " tilføjer Warburton, hvis gruppe fokuserer på den mangfoldige brug af kvanteprikker i fotonik.

Kunstige atomer med særlige egenskaber

Kvanteprikker er nanokrystaller, og er også kendt som kunstige atomer, fordi de opfører sig på samme måde som atomer. Med en typisk udstrækning på 10 til 100 nanometer, de er betydeligt større end faktiske atomer. Deres størrelse og form, samt antallet af elektroner, kan variere. Elektronernes bevægelsesfrihed i kvanteprikkerne er væsentligt begrænset; de resulterende kvanteeffekter giver dem meget specielle optiske, magnetiske og elektriske egenskaber. For eksempel, kvanteprikker er i stand til at udsende individuelle lyspartikler (fotoner) efter excitation, som så kan detekteres ved hjælp af et skræddersyet lasermikroskop.