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纳米晶体夹层结构作为量子光源

激发的光发射器可以同时配合和辐射,这种现象称为超荧光。Empa和苏黎世联邦理工学院的研究人员以及IBM苏黎世研究院的同事最近已经能够利用远程有序纳米晶体超晶格创造出这种效应。这一发现可以促进LED照明,量子传感,量子通信和未来量子计算的未来发展。这项研究刚刚发表在着名的自然杂志上。

如果某些材料被外部光源(例如激光)激发,则它们会自发地发光。这种现象称为荧光。然而,在几种气体和量子系统中,当集合体内的发射体自发地使它们的量子力学相位彼此同步并且在被激发时一起作用时,可以发生更强的光发射。通过这种方式,产生的光输出可以比单个发射器的总和强得多,从而导致超快和明亮的光发射 - 超荧光。然而,当这些发射器满足严格的要求时,例如具有相同的发射能量,与光场的高耦合强度和长的相干时间,才会发生这种情况。因此,他们彼此强烈互动,但同时也不容易受到环境的干扰。到目前为止,使用技术相关材料是不可能的。胶体量子点可能就是票;它们是已经在最先进的液晶电视显示器中使用的经过验证的商业上吸引人的解决方案 - 它们满足所有要求。

由Maksym Kovalenko领导的Empa和苏黎世联邦理工学院的研究人员以及来自IBM苏黎世研究院的同事们已经证明,最新一代由卤化铅钙钛矿制成的量子点提供了一种优雅且实用的方便的超荧光按需途径。为此,研究人员将钙钛矿量子点排列成三维超晶格,从而实现光子的连贯集体发射 - 从而产生超荧光。这为纠缠多光子态的来源提供了基础,这是量子传感,量子成像和光子量子计算的关键资源。

一群羽毛聚集在一起

然而,量子点之间的相干耦合要求它们都具有相同的尺寸,形状和组成,因为量子宇宙中的“羽毛鸟群聚集在一起”。“这种长程有序超晶格只能从高度单分散的量子点解决方案中获得,其合成在过去几年中经过了精心优化,”Empa资深科学家Maryna Bodnarchuk说。利用这种各种尺寸的“均匀”量子点,研究团队可以通过适当控制溶剂蒸发来形成超晶格。

超荧光的最终证据来自在约-267摄氏度的温度下进行的光学实验。研究人员发现光子同时以明亮的爆发发射:“这是我们的'Eureka!'时刻。我们意识到这是一种新型的量子光源,”来自苏黎世联邦理工学院和Empa的GabrieleRainó说道。进行光学实验的团队。

研究人员认为这些实验是通过这种独特的材料进一步利用集体量子现象的起点。来自苏黎世联邦理工学院和IBM研究院的迈克尔贝克尔补充说:“由于整体的性质可以提升,而不仅仅是其各部分的总和,人们可以超越设计单个量子点。”超荧光的控制生成和相应的量子光可以为LED照明,量子传感,量子加密通信和未来的量子计算开辟新的可能性。

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