Forskare från University of Cambridge och University of Southampton har gjort betydande framsteg i utvecklingen av ultratunna kvantljuskällor. Deras forskning visar hur utnyttjande av excitoniska interaktioner kan förbättra effektiviteten för generering av intrasslade fotoner. Dessa fynd lovar att miniatyrisera och integrera kvantfotoniska enheter som är avgörande för kvantberäknings- och kommunikationsteknologier.
Excitoniska interaktioner och entangled Photon Generation
Excitoner är kvasipartiklar som bildas när elektroner och hål binds samman av coulombiska krafter. I vissa halvledarmaterial, såsom atomärt tunna övergångsmetalldikalkogenider (TMD), uppvisar excitoner starka interaktioner, vilket leder till unika optiska fenomen. Ett sådant fenomen är exciton-excitonförintelse, där två excitoner interagerar och utplånar varandra och frigör energi i form av intrasslade fotoner.
Förbättrad effektivitet
Teamet, ledd av professor Mete Atature, undersökte hur exciton-exciton-interaktioner kan utnyttjas för att förbättra effektiviteten av intrasslad fotongenerering. De tillverkade ultratunna kvantljusemitterande dioder (LED) med användning av atomärt tunna TMD-monoskikt och studerade deras ljusemitterande egenskaper under olika excitationseffekttätheter.
Nyckelfynd
Deras experiment visade att exciton-exciton-interaktioner spelar en avgörande roll för att förbättra genereringen av intrasslade fotoner. Vid låga excitationseffekter uppvisade LED svaga exciton-exciton-interaktioner vilket resulterade i låga intrasslade fotongenereringshastigheter. Men när excitationskraften ökade, blev exciton-exciton-interaktioner mer uttalade, vilket ledde till en betydande ökning av effektiviteten för generering av intrasslade foton - en mer än tiofaldig ökning jämfört med lågeffektregimen.
Betydlighet
Denna forskning visar potentialen hos atomärt tunna TMD-kvantljuskällor för effektiv generering av intrasslade fotoner. Att utnyttja exciton-exciton-interaktioner erbjuder ett kraftfullt tillvägagångssätt för att förbättra prestandan hos kvantfotoniska enheter. Dessa framsteg bidrar till miniatyrisering och integration av kvantteknologier, vilket banar väg för praktiska tillämpningar inom kvantberäkning, kvantkryptografi och kvantavkänning.
Fynden redovisas i tidskriften Nature Communications .
