Nyligen utvecklade ett team av kemister, matematiker, fysiker och nanoingenjörer vid University of Twente i Nederländerna en anordning för att kontrollera emissionen av fotoner med oöverträffad precision. Denna teknik kan leda till effektivare miniatyrljuskällor, känsliga sensorer och stabila kvantbitar för kvantberäkning.
Artikeln, med titeln "Strongly inhibited spontaneous emission of PbS quantum dots covalently bound to 3D silicon photonic band gap crystals", publiceras i Journal of Physical Chemistry C .
Den del av din smartphone som förbrukar mest energi är skärmen. Att minska all oönskad energi som strömmar ut från skärmen ökar hållbarheten på vår smartphone. Föreställ dig att din smartphone bara behöver laddas en gång i veckan. Men för att öka effektiviteten måste du kunna sända ut fotoner på ett mer kontrollerat sätt.
Forskarna utvecklade "MINT-verktygslådan":en uppsättning verktyg från de vetenskapliga disciplinerna matematik, informatik, naturvetenskap och teknik. I den här verktygslådan fanns avancerade kemiska verktyg. De viktigaste var polymerborstar, små kemiska kedjor som kan hålla fotonkällorna på en viss plats.
Första författaren Andreas Schulz förklarar, "Polymerborstarna är ympade i lösning från porytor inuti en så kallad fotonisk kristall gjord av kisel. Ganska knepigt experiment. Så vi blev väldigt glada när vi i separata röntgenundersökningar såg att fotonkällorna satt i rätt positioner ovanpå borstarna."
Genom att lägga till nanofotoniska verktyg har teamet visat att exciterade ljuskällor hämmas nästan 50 gånger. I denna situation förblir en ljuskälla exciterad 50 gånger längre än vanligt. Spektrum stämmer mycket väl överens med det teoretiska beräknat med avancerade matematiska verktyg. Andra författaren Marek Kozoň säger:"Teorin förutsäger noll ljus eftersom den hänför sig till en fiktiv oändligt utsträckt kristall. I vår verkliga finita kristall är det emitterade ljuset icke-noll, men så litet att det är ett nytt världsrekord."
De nya resultaten lovar en ny era för effektiva miniatyrlasrar och ljuskällor, för qubits i fotoniska kretsar med kraftigt reducerade störningar (på grund av svårfångade vakuumfluktuationer). Willem Vos säger:"Vår multiverktygslåda erbjuder möjligheter för helt nya applikationer som drar nytta av starkt stabiliserade exciterade tillstånd. Dessa är centrala för fotokemin och kan bli känsliga kemiska nanosensorer."
Mer information: Andreas S. Schulz et al, Strongly Inhibited Spontaneous Emission of PbS Quantum Dots Covalently Bundes to 3D Silicon Photonic Band Gap Crystals, The Journal of Physical Chemistry C (2024). DOI:10.1021/acs.jpcc.4c01541
Journalinformation: Journal of Physical Chemistry C
Tillhandahålls av University of Twente
