Genom att sända ut fotoner från en kvantpunkt i toppen av en mikropyramid, forskare vid Linköpings universitet skapar en polariserad ljuskälla för sådant som energibesparande datorskärmar och avlyssningssäker kommunikation.

Polariserat ljus – där alla ljusvågor svänger i samma plan – utgör grunden för teknik som LCD-skärmar i datorer och TV-apparater, och avancerad kvantkryptering. I vanliga fall, detta skapas av normalt opolariserat ljus som passerar genom ett filter som blockerar de oönskade ljusvågorna. Minst hälften av ljuset som sänds ut, och därmed lika mycket energi, går förlorad i processen.

En bättre metod är att sända ut ljus som är polariserat precis vid källan. Detta kan uppnås med kvantpunkter - kristaller av halvledande material så små att de producerar kvantmekaniska fenomen. Men tills nu, de har bara uppnått polarisering som antingen är helt för svag eller svår att kontrollera.

En forskargrupp för halvledande material under ledning av professor Per Olof Holtz presenterar nu en alternativ metod där asymmetriska kvantprickar av ett nitridmaterial med indium bildas i toppen av mikroskopiska sexsidiga pyramider. Med dessa, de har lyckats skapa ljus med en hög grad av linjär polarisation, i genomsnitt 84%. Resultaten publiceras i tidskriften Nature Ljus:Vetenskap och tillämpningar .

"Vi visar ett nytt sätt att generera polariserat ljus direkt, med en förutbestämd polarisationsvektor och med en polarisationsgrad som är väsentligt högre än med de metoder som tidigare lanserats, "Säger professor Holtz.

I experiment, kvantprickar användes som avger violett ljus med en våglängd på 415 nm, men fotonerna kan i princip anta vilken färg som helst inom det synliga spektrumet genom att variera mängden metallindium.

"Våra teoretiska beräkningar pekar på det faktum att en ökad mängd indium i kvantprickarna ytterligare förbättrar graden av polarisering, säger läsaren Fredrik Karlsson, en av artikelförfattarna.

Mikropyramiden är konstruerad genom kristallin tillväxt, atomlager för atomlager, av det halvledande materialet galliumnitrid. Ovanpå detta läggs ett par nanothinna lager där även metallen indium ingår. Från den asymmetriska kvantpunkten som sålunda bildas i toppen, ljuspartiklar emitteras med en väldefinierad våglängd.

Resultaten av forskningen öppnar för möjligheter, till exempel för mer energieffektiva polariserade lysdioder i ljuskällan för LCD-skärmar. Eftersom kvantprickarna också kan avge en foton i taget, detta är mycket lovande teknik för kvantkryptering, en växande teknik för avlyssningssäker kommunikation.