Kvanttivaloa ja kvanttipisteitä

Kansainvälinen tutkijaryhmä, jota johti australialainen Macquarie-yliopisto, on saanut muutettua tavallista laservaloa aidoksi kvanttivaloksi.

Heidän lähestymistapa käyttää nanometrien paksuista gallium-arseenista valmistettuja kalvoja. He kerrostivat kalvot peilien väliin manipuloimaan saapuvia fotoneja.

Rakenteessa fotonit vuorovaikuttavat elektroni-aukko parien kanssa puolijohteessa, muodostaen uusia kimeerisiä hiukkasia eli polaritoneja, jotka kuljettavat sekä fotonien että elektroni-aukko parien ominaisuuksia. Polaritonit hajoavat muutaman pikosekunnin jälkeen ja vapautuneet fotonit osoittavat erillisiä kvanttiominaisuuksia.

Vaikka nämä kvantti-ilmiöt ovat tällä hetkellä heikkoja, työ avaa uuden tavan tuottaa yksittäisiä fotoneja tarpeen mukaan.

Järjestelmää, jossa polaritonit toimivat niin vahvasti, että ne voivat tuottaa kvanttiperustaisia ominaisuuksia fotoneihin, ei ole tähän mennessä saatu aikaan, joten työ avaa täysin uuden kentän alan tutkijoille, toteaa Thomas Volz.

Käytännöllisemmällä tasolla erittäin pienet valonlähteet olisivat toivottavia monilla aloilla ja sellaisten kehittämiseksi tutkitaan kvanttipisteitä, nanokokoisia puolijohdemateriaalien rakenteita.

Yksi vakiintuneiden kvanttipisteiden ongelma on kuitenkin se, että emittoitunut valo ei ole vakaa.

Los Alamos National Laboratoryn tutkijat ovat nyt keksineet puristaa kvanttipisteen valoa emittoivaa ydintä synteesin aikana. Näin aikaan saadut kvanttipisteet emittoivat erittäin vakaan valon.

Uudenlaiset kvanttipisteet saattavat johtaa yksittäisten hiukkasten nanokokoisten valonlähteiden etenemiseen optisten kvanttipiirien, erittäin korkean resoluution antureiden ja lääketieteellisten nanomarkkereiden käyttöä varten.

MIT:n ja sveitsiläisen ETH:n tutkijat ovat puolestaan onnistuneet tuottamaan perovskiittisia kvanttipisteitä, joiden koherenssiominaisuudet ovat lähestymässä vakiintuneiden emitterien tasoja, kuten esimerkiksi atomin kaltaisia vikoja timantti- tai kvanttipisteissä, joita fyysikot kasvattavat erikoislaitteilla.

Yksi perovskiittien eduista on se, että ne emittoivat fotoneja hyvin nopeasti. Näillä kvanttipisteillä on myös hyvin vähän vuorovaikutusta ympäristönsä kanssa, mikä parantaa huomattavasti niiden koherenttisia ominaisuuksia ja vakautta.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttivalolähteitä sirulle

Fotoni kerrallaan huonelämpötilassa