Investigadores crean superfluorescencia utilizando superredes de nanocristales

• Para obtener superfluorescencia bajo demanda, los investigadores utilizaron puntos cuánticos hechos de perovskitas de haluro de plomo.
• Llevaron a cabo experimentos ópticos a -267 ° C, que dieron la evidencia final de superfluorescencia.

Algunos materiales tienden a emitir luz continuamente cuando son excitados por un láser o cualquier otra fuente externa. Este mecanismo se llama fluorescencia. Sin embargo, en muchos sistemas cuánticos, la tendencia a emitir luz espontáneamente es mucho más fuerte.

Cuando estos sistemas son excitados por una fuente externa, sincronizan su fase mecánica cuántica entre sí, lo que da como resultado una salida mucho más intensa (en forma de luz) que los emisores individuales combinados. Esto conduce a una emisión de luz brillante y ultrarrápida, es decir, superfluorescencia.

Sin embargo, esto solo ocurre cuando los emisores cumplen requisitos específicos, por ejemplo, deben tener una alta fuerza de acoplamiento con el campo de luz, un tiempo de coherencia mayor y la misma energía de emisión. Además, deben ser capaces de interactuar completamente entre sí sin ser molestados por su entorno. Hasta ahora, los científicos no han podido lograr esta hazaña utilizando miles de sustancias tecnológicamente relevantes.

Recientemente, investigadores de ETH Zurich y Empa crearon este efecto utilizando superredes de nanocristales ordenados de largo alcance. Esto podría allanar el camino para el desarrollo de la computación cuántica, la detección cuántica, la comunicación cifrada cuántica, así como la iluminación LED.

Referencia:Naturaleza | doi:10.1038 / s41586-018-0683-0 | Empa

Puntos cuánticos coloidales

Para obtener superfluorescencia bajo demanda, los autores utilizaron puntos cuánticos hechos de perovskitas de haluro de plomo. Organizaron puntos cuánticos de perovskita en una superrejilla 3D, lo que permite la emisión colectiva coherente de luz (fotones), lo que crea superfluorescencia. Es una emisión desplazada al rojo dinámicamente con una desintegración radiativa acelerada más de 20 veces.

Vista microscópica de superredes (iluminación con luz blanca) | Crédito:Empa

Para un acoplamiento coherente, los puntos cuánticos deben tener el mismo tamaño, forma y composición. Se requiere una solución de punto cuántico extremadamente monodispersa para hacer superredes ordenadas de largo alcance. Y estas soluciones se han mejorado a fondo en los últimos años.

Los autores dijeron que al manejar con cuidado la evaporación del solvente, podrían producir superredes, usando puntos cuánticos uniformes de diferentes tamaños. En general, ofrece la base para los recursos de las fases de múltiples fotones entrelazados, una fuente que falta para la computación cuántica fotónica, las imágenes cuánticas y la detección.

Los investigadores realizaron experimentos ópticos a temperaturas extremadamente bajas, casi -267 ° C, que dieron la evidencia final de superfluorescencia. Descubrieron que los fotones se expulsan espontáneamente en una ráfaga brillante, una nueva fuente de luz cuántica.

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Estos experimentos ayudarán a los científicos a explorar más a fondo los fenómenos cuánticos colectivos con perovskitas de haluro de plomo. Dado que las propiedades de este tipo único de material se pueden mejorar aún más, es posible explorar cosas más allá de la ingeniería de cada punto cuántico.