Fotoner, grundläggande ljuspartiklar, bär dessa ord till dina ögon via ljuset från din datorskärm eller telefon. Fotoner spelar en nyckelroll i nästa generations kvantinformationsteknologi, såsom kvantberäkning och kommunikation. En kvantemitter, kan producera en singel, ren foton, är kärnan i sådan teknik men har många problem som ännu inte har lösts, enligt KAIST-forskare.

Ett forskarlag under professor Yong-Hoon Cho har utvecklat en teknik som kan isolera den önskade kvalitetssändaren genom att reducera bruset som omger målet med vad de har kallat en "nanoskala fokusnålsfläck." De publicerade sina resultat den 24 juni i ACS Nano .

"Den nanoskaliga fokusstiftspunkten är en strukturellt oförstörande teknik under en extremt låg dos jonstråle och är allmänt användbar för olika plattformar för att förbättra sin enfotonrenhet samtidigt som de integrerade fotoniska strukturerna bibehålls, " sa huvudförfattaren Yong-Hoon Cho från Institutionen för fysik vid KAIST.

För att producera enstaka fotoner från material i fast tillstånd, forskarna använde halvledarkvantprickar med breda bandgap – tillverkade nanopartiklar med specialiserade potentiella egenskaper, såsom möjligheten att direkt injicera ström i ett litet chip och att arbeta vid rumstemperatur för praktiska tillämpningar. Genom att göra en kvantpunkt i en fotonisk struktur som sprider ljus, och sedan bestråla den med heliumjoner, forskare teoretiserade att de kunde utveckla en kvantemitter som kunde minska den oönskade bullriga bakgrunden och producera en singel, ren foton på begäran.

Professor Cho förklarade, "Trots sin höga upplösning och mångsidighet, en fokuserad jonstråle undertrycker typiskt de optiska egenskaperna runt det bombarderade området på grund av den accelererade jonstrålens höga rörelsemängd. Vi fokuserade på det faktum att om den fokuserade jonstrålen är väl kontrollerad, endast bakgrundsbruset kan selektivt dämpas med hög rumslig upplösning utan att förstöra strukturen."

Med andra ord, forskarna fokuserade jonstrålen på bara ett nålstick, effektivt avbryta interaktionerna runt kvantpunkten och ta bort de fysikaliska egenskaper som negativt skulle kunna interagera med och försämra fotonrenheten som emitteras från kvantpunkten.

"Det är den första utvecklade tekniken som kan dämpa bakgrundsbruset utan att ändra de optiska egenskaperna hos kvantemittern och den inbyggda fotoniska strukturen, ", hävdade professor Cho.

Professor Cho jämförde det med mikroskopi med stimulerad emissionsutarmning, en teknik som används för att minska ljuset runt fokusområdet, men lämnar fokuspunkten upplyst. Resultatet är ökad upplösning av det önskade visuella målet.

"Genom att justera det fokuserade jonstrålebestrålade området, vi kan välja målsändaren med nanoskalaupplösning genom att släcka den omgivande sändaren, "Denna selektiva härdningsteknik i nanoskala kan appliceras på olika material och strukturella plattformar och utökas ytterligare för applikationer som optiskt minne och högupplösta mikroskärmar." Koreas National Research Foundation och Samsung Science and Technology Foundation stödde detta jobb.