Kvanteemittere:Ud over krystalklar til ren enkeltfoton

Fotoner, grundlæggende lyspartikler, bærer disse ord til dine øjne via lyset fra din computerskærm eller telefon. Fotoner spiller en nøglerolle i næste generations kvanteinformationsteknologi, såsom kvanteberegning og kommunikation. En kvanteemitter, i stand til at producere en enkelt, ren foton, er kernen i sådan teknologi, men har mange problemer, der endnu ikke er løst, ifølge KAIST-forskere.

Et forskerhold under professor Yong-Hoon Cho har udviklet en teknik, der kan isolere den ønskede kvalitetsemitter ved at reducere støjen omkring målet med det, de har kaldt en 'nanoskala-fokusnålspunkt'. De offentliggjorde deres resultater den 24. juni i ACS Nano .

"Nanoskala-fokusnåleplettet er en strukturelt ikke-destruktiv teknik under en ekstremt lavdosis ionstråle og er generelt anvendelig til forskellige platforme for at forbedre deres enkeltfoton-renhed og samtidig bevare de integrerede fotoniske strukturer, " sagde hovedforfatter Yong-Hoon Cho fra Institut for Fysik ved KAIST.

At producere enkeltfotoner fra faststofmaterialer, forskerne brugte halvlederkvanteprikker med brede båndgab - fabrikerede nanopartikler med specialiserede potentielle egenskaber, såsom evnen til direkte at indsprøjte strøm i en lille chip og til at fungere ved stuetemperatur til praktiske anvendelser. Ved at lave en kvanteprik i en fotonisk struktur, der udbreder lys, og derefter bestråle det med heliumioner, forskere teoretiserede, at de kunne udvikle en kvanteemitter, der kunne reducere den uønskede støjende baggrund og producere en enkelt, ren foton efter behov.

Professor Cho forklarede, "På trods af sin høje opløsning og alsidighed, en fokuseret ionstråle undertrykker typisk de optiske egenskaber omkring det bombarderede område på grund af den accelererede ionstråles høje momentum. Vi fokuserede på, at hvis den fokuserede ionstråle er godt kontrolleret, kun baggrundsstøjen kan selektivt slukkes med høj rumlig opløsning uden at ødelægge strukturen."

Med andre ord, forskerne fokuserede ionstrålen på blot et nålestik, effektivt at afskære interaktionerne omkring kvanteprikken og fjerne de fysiske egenskaber, der kunne interagere negativt med og forringe fotonens renhed, der udsendes fra kvanteprikken.

"Det er den første udviklede teknik, der kan slukke baggrundsstøjen uden at ændre de optiske egenskaber af kvanteemitteren og den indbyggede fotoniske struktur, " sagde professor Cho.

Professor Cho sammenlignede det med stimuleret emissionsudtømningsmikroskopi, en teknik, der bruges til at reducere lyset omkring fokusområdet, men efterlader fokuspunktet oplyst. Resultatet er øget opløsning af det ønskede visuelle mål.

"Ved at justere det fokuserede ionstrålebestrålede område, vi kan vælge målemitteren med opløsning i nanoskala ved at slukke den omgivende emitter, Professor Cho sagde. "Denne nanoskala selektiv-quenching-teknik kan anvendes på forskellige materiale- og strukturelle platforme og udvides yderligere til applikationer såsom optisk hukommelse og højopløselige mikroskærme." Koreas National Research Foundation og Samsung Science and Technology Foundation støttede dette arbejde.