納米晶夾層結(jié)構(gòu)作為量子光源

激發(fā)光發(fā)射器可以同時(shí)協(xié)作和輻射，這被稱為超熒光。Empa和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員以及IBM蘇黎世研究所的同事最近已經(jīng)能夠通過(guò)使用遠(yuǎn)程有序納米晶超晶格來(lái)產(chǎn)生這種效應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)可以推動(dòng)LED照明、量子傳感、量子通信以及未來(lái)量子計(jì)算的未來(lái)發(fā)展。這項(xiàng)研究剛剛發(fā)表在著名的《自然》雜志上。

如果一些材料被外部光源(如激光)激發(fā)，它們會(huì)自發(fā)發(fā)光。這種現(xiàn)象叫做熒光。然而，在幾種氣體和量子系統(tǒng)中，當(dāng)組件中的發(fā)射器自發(fā)地使它們的量子力學(xué)相位彼此同步并在受到激勵(lì)時(shí)一起作用時(shí)，會(huì)發(fā)生更強(qiáng)的光發(fā)射。這樣，產(chǎn)生的光輸出可以比單個(gè)發(fā)射器的總和強(qiáng)得多，從而產(chǎn)生超快且明亮的光發(fā)射——超熒光。然而，當(dāng)這些發(fā)射器滿足嚴(yán)格的要求時(shí)，例如相同的發(fā)射能量、與光場(chǎng)的高耦合強(qiáng)度和長(zhǎng)相干時(shí)間，就會(huì)發(fā)生這種情況。因此，它們之間相互作用很強(qiáng)，但同時(shí)也不容易受到環(huán)境的干擾。到目前為止，還不可能使用與技術(shù)相關(guān)的材料。膠體可能是門(mén)票；它們被證明是商業(yè)上有吸引力的解決方案，已經(jīng)在最先進(jìn)的液晶電視顯示器中使用——它們滿足所有要求。

Maksym Kovalenko領(lǐng)導(dǎo)的Empa、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員和IBM蘇黎世研究所的同事證明，由鹵化鉛鈣鈦礦制成的最新一代量子點(diǎn)提供了一種優(yōu)雅、實(shí)用和方便的超熒光按需方法。因此，研究人員將鈣鈦礦量子點(diǎn)排列成三維超晶格，從而實(shí)現(xiàn)光子的相干集體發(fā)射——從而產(chǎn)生超熒光。這為糾纏多光子態(tài)的來(lái)源提供了基礎(chǔ)，糾纏多光子態(tài)是量子傳感、量子成像和光子量子計(jì)算的關(guān)鍵資源。

一群羽毛聚集在一起。

然而，量子點(diǎn)之間的相干耦合要求它們都具有相同的尺寸、形狀和組成，因?yàn)樵诹孔佑钪嬷小拔镆灶惥邸?。Empa的高級(jí)科學(xué)家Maryna Bodnarchuk說(shuō)：“這種長(zhǎng)程有序超晶格只能從高度單分散的量子點(diǎn)溶液中獲得，在過(guò)去的幾年里，它的合成經(jīng)過(guò)了精心的優(yōu)化。利用這些不同大小的“均勻”量子點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)適當(dāng)控制溶劑蒸發(fā)形成超晶格。

超熒光的最終證據(jù)來(lái)自于-267左右的光學(xué)實(shí)驗(yàn)。研究人員發(fā)現(xiàn)，光子同時(shí)以明亮的爆發(fā)形式發(fā)射：“這是我們的尤里卡！”瞬間。我們意識(shí)到這是一種新型的量子光源，”蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和Empa的GabrieleRain說(shuō)。進(jìn)行光學(xué)實(shí)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)。

研究人員認(rèn)為，這些實(shí)驗(yàn)是通過(guò)這種獨(dú)特的材料進(jìn)一步利用集體量子現(xiàn)象的起點(diǎn)。來(lái)自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和IBM研究院的邁克爾貝克爾補(bǔ)充道：“因?yàn)檎w的性質(zhì)可以得到改善，而不僅僅是其各個(gè)部分的總和，所以人們可以超越設(shè)計(jì)單個(gè)量子點(diǎn)?！笨煽禺a(chǎn)生超熒光和相應(yīng)的量子光可以為led照明、量子傳感、量子加密通信和未來(lái)量子計(jì)算開(kāi)辟新的可能性。

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