Spännande fotostrålare kan samarbeta och utstråla samtidigt, ett fenomen som kallas superfluorescens. Forskare från Empa och ETH Zürich, tillsammans med kollegor från IBM Research Zurich, har nyligen kunnat skapa denna effekt med långdistansbeställda nanokristall superlatt. Denna upptäckt kan möjliggöra framtida utveckling inom LED -belysning, kvantavkänning, kvantkommunikation och framtida kvantberäkning. Studien har just publicerats i den berömda tidskriften Natur .

Vissa material avger spontant ljus om de exciteras av en extern källa, till exempel en laser. Detta fenomen är känt som fluorescens. Dock, i flera gaser och kvantsystem kan en mycket starkare ljusutsläpp uppstå, när sändarna inom en ensemble spontant synkroniserar sin kvantmekaniska fas med varandra och agerar tillsammans när de är upphetsade. På det här sättet, den resulterande ljusutmatningen kan vara mycket intensivare än summan av de enskilda sändarna, vilket leder till en supersnabb och ljus strålning - superfluorescens. Det förekommer bara, dock, när dessa sändare uppfyller stränga krav, som att ha samma utsläppsenergi, hög kopplingsstyrka till ljusfältet och en lång sammanhållningstid. Som sådan, de interagerar starkt med varandra men störs samtidigt inte lätt av sin miljö. Detta har hittills inte varit möjligt med hjälp av tekniskt relevanta material. Kolloidala kvantpunkter kan bara vara biljetten; de är bevisade, kommersiellt tilltalande lösning som redan används i de mest avancerade LCD -TV -skärmarna - och de uppfyller alla krav.

Forskare vid Empa och ETH Zürich, ledd av Maksym Kovalenko, tillsammans med kollegor från IBM Research Zurich, har nu visat att den senaste generationen av kvantprickar gjorda av perovskiter med blyhalogenid erbjuder en elegant och praktiskt praktisk väg till superfluorescens på begäran. För detta, forskarna ordnade perovskitkvantprickar i ett tredimensionellt supergitter, vilket möjliggör en sammanhängande kollektiv emission av fotoner - vilket skapar superfluorescens. Detta utgör grunden för källor till intrasslade multifotontillstånd, en saknad nyckelresurs för kvantavkänning, kvantbildning och fotonisk kvantberäkning.

"Fåglar i en fjäderflock tillsammans"

En sammanhängande koppling mellan kvantpunkter kräver, dock, att de alla har samma storlek, form och sammansättning eftersom "en fjäders fåglar flockas ihop" i kvantuniversum, för. "Sådana långdistansordnade supergaller kunde endast erhållas från en mycket monodispers lösning av kvantprickar, vars syntes var noggrant optimerad under de senaste åren, "sa Maryna Bodnarchuk, en senior forskare på Empa. Med sådana "enhetliga" kvantpunkter i olika storlekar, forskargruppen kan sedan bilda supergaller genom att ordentligt kontrollera lösningsmedlets avdunstning.

Det sista beviset på superfluorescens kom från optiska experiment som utfördes vid temperaturer på cirka 267 grader Celsius. Forskarna upptäckte att fotoner sändes ut samtidigt i ett starkt utbrott:"Detta var vårt" Eureka! "-Moment. I det ögonblick som vi insåg att detta var en ny kvantljuskälla, "sa Gabriele Rainó från ETH Zürich och Empa som var en del av teamet som utförde de optiska experimenten.

Forskarna betraktar dessa experiment som en utgångspunkt för att ytterligare utnyttja kollektiva kvantfenomen med denna unika materialklass. "Eftersom ensemblens egenskaper kan ökas jämfört med bara summan av dess delar, man kan gå långt bortom att konstruera de enskilda kvantpunkterna, "tillade Michael Becker från ETH Zürich och IBM Research. Den kontrollerade generationen av superfluorescens och motsvarande kvantljus kan öppna nya möjligheter inom LED -belysning, kvantavkänning, kvantkrypterad kommunikation och framtida kvantberäkning.