Onderzoekers creëren superfluorescentie met behulp van nanokristallen superroosters

• Om on-demand superfluorescentie te verkrijgen, gebruikten onderzoekers kwantumdots gemaakt van loodhalogenideperovskieten.
• Ze voerden optische experimenten uit bij -267°C, wat het definitieve bewijs van superfluorescentie opleverde.

Sommige materialen hebben de neiging om continu licht uit te zenden wanneer ze worden geëxciteerd door een laser of een andere externe bron. Dit mechanisme wordt fluorescentie genoemd. In veel kwantumsystemen is de neiging om spontaan licht uit te zenden echter veel sterker.

Wanneer dergelijke systemen worden geëxciteerd door een externe bron, synchroniseren ze hun kwantummechanische fase met elkaar, wat resulteert in een veel intensere output (in de vorm van licht) dan de individuele emitters samen. Dit leidt tot een heldere en ultrasnelle emissie van licht, oftewel superfluorescentie.

Dit gebeurt echter alleen wanneer emitters aan specifieke eisen voldoen, ze moeten bijvoorbeeld een hoge koppelingssterkte met lichtveld, een grotere coherentietijd en dezelfde emissie-energie hebben. Ook moeten ze in staat zijn om volledig met elkaar om te gaan zonder gestoord te worden door hun omgeving. Tot nu toe hebben wetenschappers deze prestatie niet kunnen bereiken door duizenden technologisch relevante stoffen te gebruiken.

Onlangs hebben onderzoekers van ETH Zürich en Empa dit effect gecreëerd met behulp van nanokristallen superroosters op lange afstand. Dit zou de weg kunnen effenen voor de ontwikkeling van kwantumcomputing, kwantumdetectie, kwantumgecodeerde communicatie en led-verlichting.

Referentie:Natuur | doi:10.1038/s41586-018-0683-0 | Empa

Colloïdale Quantum Dots

Om superfluorescentie on-demand te verkrijgen, gebruikten de auteurs kwantumstippen gemaakt van loodhalogenide-perovskieten. Ze organiseerden perovskiet-kwantumstippen in een 3D-superrooster, waardoor coherente collectieve emissie van licht (fotonen) mogelijk werd, wat superfluorescentie creëert. Het is dynamisch roodverschoven emissie met meer dan 20-voudig versneld stralingsverval.

Microscopische weergave van superroosters (wit licht verlichting) | Krediet:Empa

Voor coherente koppeling moeten de quantum dots dezelfde grootte, vorm en samenstelling hebben. Er is een extreem monodisperse kwantumpuntoplossing nodig om superroosters met een groot bereik te maken. En dergelijke oplossingen zijn de afgelopen jaren grondig verbeterd.

De auteurs zeiden dat ze door zorgvuldig om te gaan met de verdamping van het oplosmiddel, superroosters konden produceren met behulp van uniforme kwantumdots van verschillende groottes. Over het algemeen biedt het de basis voor bronnen van verstrengelde multi-fotonfasen - een ontbrekende bron voor fotonische kwantumcomputing, kwantumbeeldvorming en detectie.

De onderzoekers voerden optische experimenten uit bij extreem lage temperaturen, bijna -267 ° C, wat het definitieve bewijs van superfluorescentie opleverde. Ze ontdekten dat fotonen spontaan werden uitgestoten in een heldere uitbarsting - een nieuwe kwantumlichtbron.

Lezen:nieuwe elektro-optische laser zendt 30 miljard pulsen per seconde uit

Deze experimenten zullen wetenschappers helpen de collectieve kwantumverschijnselen met loodhalogenideperovskieten verder te onderzoeken. Omdat de eigenschappen van dit unieke type materiaal verder kunnen worden verbeterd, is het mogelijk om dingen te onderzoeken die verder gaan dan het engineeren van elke kwantumdot.