Forskare vid National Research Nuclear University MEPhI (MEPhI) har visat en ökning av intensiteten och utsläppshastigheten för kvantprickar. Enligt författarna till studien, utvecklingen kan hjälpa till att lösa ett av de viktigaste problemen med att skapa en kvantdator och lyfta biomedicinsk övervakning till en ny nivå. Forskningsresultaten publicerades i Optik Express .

Quantum dots är lågdimensionella fluorescerande nanostrukturer som erbjuder lovande inom ljus-materia interaktion. De kan absorbera ett brett spektrum av ljus och avge ljus i ett smalt område av våglängder, som beror på storleken på nanokristallen; det är, en eller annan kvantpunkt lyser med en viss färg. Dessa egenskaper gör kvantpunkter nästan perfekta för ultrakänslig flerfärgsregistrering av biologiska objekt, liksom för medicinsk diagnostik.

Quantum dots kan användas inom ett brett spektrum av områden, från belysningsenheter och solpaneler till qubits för kvantberäkning. De är bättre än traditionella fosfor när det gäller fotostabilitet och ljusstyrka. Quantum dot -skärmar kan ge mycket högre ljusstyrka, kontrast och lägre strömförbrukning än annan teknik.

Forskare vid Laboratory of Nano-Bioengineering (LNBE) vid Institute of Engineering Physics for Biomedicine, MEPhI, har varit de första som har visat en ökning av både intensiteten och spontanemissionshastigheten för halvledarkvantumspunkter i porösa kiselbaserade fotoniska strukturer.

Studieresultaten representerar ett nytt tillvägagångssätt för att kontrollera spontant ljusemission genom att ändra den lokala elektromagnetiska miljön för fosfor i en porös matris, som öppnar möjligheter för nya applikationer inom biosensor, optoelektronik, kryptografi och kvantberäkning.

För det första, de nya systemen kan fungera som grund för kompakta fluorescerande biosensorer i form av enzymkopplad immunosorbentanalys, utbredd inom klinisk praxis. Användning av kvantpunkter med fotonisk kristallförbättrad fluorescens kommer att öka analyskänsligheten avsevärt, möjliggör tidig upptäckt av sjukdomar, när antalet sjukdomsbiomarkörer i patientens blod är lågt. Det kommer också att underlätta patientbehandlingens övervakning.

Dessutom, utvecklingen kan tjäna som grund för optiska datorer eller kryptografiska system, ersätta skrymmande källor till enstaka fotoner eller optiska logiska element. Förutom kompakthet och enkelhet, genom att använda de nya systemen inom detta område kan man lösa ett av branschens nyckelproblem:produktion på begäran av enstaka eller kvantintrasslade fotoner, vilket är nästan omöjligt idag.

Intrasslade fotoner - ett par partiklar i korrelerade kvanttillstånd - spelar en nyckelroll i modern fysik. Utan sammanfogade par, det är nästan omöjligt att genomföra kvantkommunikation och kvantteleportation, samt bygga kvantdatorer anslutna till kvantinternet. Om kvantdatorn skapas, principerna för en hel rad områden - molekylär modellering, kryptografi, artificiell intelligens - kan förändras helt.

MEPhI -forskare har lyckats få resultatet på grund av djup oxidation av fotoniska kristaller, vilket gjorde det möjligt att undertrycka luminescensutsläckning, samt att minska energiförlusten för absorption.

"För att förbättra luminescensen hos sådana strukturer, olika metoder används, bland vilka användning av fotoniska kristaller är av särskilt intresse. Periodiska variationer i den fotoniska kristallens brytningsindex gör det möjligt att uppnå en lokal ökning av fotoniska tillståndstäthet, på grund av vilken fosforernas intensitet och spontana utsläppsökning ökar, "Pavel Samokhvalov, en forskare vid LNBE MEPhI, sa.

För att tillverka fotoniska kristaller, poröst kisel används flitigt, som skiljer sig mycket från andra material på grund av möjligheten att noggrant kontrollera brytningsindex, enkel tillverkning, och sorptionskapacitet.

Dock, tills nu, forskarna har misslyckats med att öka fosforernas strålningsrelaxationshastighet i porösa kiselfotoniska kristaller på grund av betydande luminescens -släckning vid kontakt med kiselytan.