Forskare från Swiss Nanoscience Institute och University of Basel har lyckats koppla en extremt liten kvantpunkt med 1, 000 gånger större trumpetformad nanotråd. Nanotrådens rörelse kan detekteras med en känslighet på 100 femtometer via våglängden för ljuset som avges av kvantpunkten. Omvänt, oscillationen av nanotråden kan påverkas av excitation av kvantpunkten med en laser. Naturkommunikation publicerade resultaten.

Professor Richard Warburton och Argovia Professor Martino Poggios team vid Institutionen för fysik och Swiss Nanoscience Institute vid University of Basel arbetade med kollegor från Grenoble Alps University och Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA) i Grenoble för att koppla en mikroskopisk mekanisk resonator med en nanoskala kvantpunkt. De använde nanotrådar av galliumarsenid som är cirka 10 mikrometer långa och har en diameter på några mikrometer högst upp. Trådarna avsmalnar kraftigt nedåt och ser därför ut som små trumpeter anordnade på underlaget. Nära basen, som bara är cirka 200 nanometer bred, forskarna placerade en enda kvantpunkt som kan avge enskilda ljuspartiklar (fotoner).

Spänningar leder till påfrestningar

Om nanotråden pendlar fram och tillbaka på grund av termisk eller elektrisk excitation, den relativt stora massan vid den breda änden av nano-trumpet ger stora påfrestningar i tråden som påverkar kvantpunkten vid basen. Kvantprickarna kläms ihop och dras isär; som ett resultat, våglängden och därmed färgen på fotonerna som avges av kvantpunkten ändras. Även om förändringarna inte är särskilt stora, känsliga mikroskop med mycket stabila lasrar - speciellt utvecklade i Basel för sådana mätningar - kan exakt detektera våglängdsförändringarna. Forskarna kan använda de skiftade våglängderna för att upptäcka rörelsen hos tråden med en känslighet på endast 100 femtometer. De förväntar sig att genom att spänna kvantpunkten med en laser, oscillationen av nanotråden kan ökas eller minskas efter önskemål.

Potentiella användningsområden inom sensor- och informationsteknik

"Vi är särskilt fascinerade av det faktum att en länk mellan objekt av så olika storlekar är möjlig, "säger Warburton. Det finns också olika möjliga tillämpningar för denna ömsesidiga koppling." Till exempel, vi kan använda dessa kopplade nanotrådar som känsliga sensorer för att analysera elektriska eller magnetiska fält, "förklarar Poggio, som undersöker möjliga ansökningar med sitt team. "Det kan också vara möjligt att placera flera kvantpunkter på nanotråden, att använda rörelsen för att länka ihop dem och så vidarebefordra kvantinformation, "tillägger Warburton, vars grupp fokuserar på mångsidig användning av kvantprickar i fotonik.

Konstgjorda atomer med speciella egenskaper

Kvantprickar är nanokristaller, och är också kända som artificiella atomer eftersom de beter sig på samma sätt som atomer. Med en typisk omfattning av 10 till 100 nanometer, de är betydligt större än verkliga atomer. Deras storlek och form, liksom antalet elektroner, kan variera. Elektronernas rörelsefrihet i kvantpunkterna är avsevärt begränsad; de resulterande kvanteffekterna ger dem en mycket speciell optisk, magnetiska och elektriska egenskaper. Till exempel, kvantprickar kan avge enskilda ljuspartiklar (fotoner) efter excitation, som sedan kan detekteras med hjälp av ett skräddarsytt lasermikroskop.