Científicos logran superfluorescencia controlada con superredes de nanocristales de perovskita de haluro de plomo

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

Algunos materiales tienen la tendencia 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 tales sistemas son excitados por una fuente externa, sincronizan su fase cuántica mecánica entre sí, lo que resulta en una salida mucho más intensa (en forma de luz) que la suma de 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: deben tener 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 perturbados por su entorno. Hasta ahora, los científicos no habían logrado lograr esta hazaña usando miles de sustancias tecnológicamente relevantes.

Recientemente, investigadores de ETH Zúrich y Empa crearon este efecto usando superredes de nanocristales ordenadas a largo alcance. Esto podría allanar el camino para el desarrollo de computación cuántica, sensores cuánticos, comunicación cuánticamente encriptada, así como iluminación LED.

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

Puntos cuánticos coloidales

Para obtener superfluorescencia a demanda, los autores usaron puntos cuánticos hechos de perovskitas de haluro de plomo. Organizaron los puntos cuánticos de perovskita en una superred 3D, permitiendo la emisión coherente colectiva de luz (fotones), que crea superfluorescencia. Es una emisión con desplazamiento dinámico hacia el rojo con una desintegración radiativa acelerada más de 20 veces.

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

Para el acoplamiento coherente, los puntos cuánticos deben tener el mismo tamaño, forma y composición. Se requiere una solución de puntos cuánticos extremadamente monodispersa para hacer superredes ordenadas a largo alcance. Y tales soluciones han sido mejoradas exhaustivamente en los últimos años.

Los autores dijeron que al manejar cuidadosamente la evaporación del disolvente, podían producir superredes, usando puntos cuánticos uniformes de tamaños variables. En general, ofrece la base para recursos de fases multi-fotón entrelazadas – una fuente faltante para computación cuántica fotónica, imagen cuántica y sensores.

Los investigadores realizaron experimentos ópticos a temperaturas extremadamente bajas, casi -267 °C, que dieron la evidencia final de superfluorescencia. Encontraron que los fotones eran expulsados espontáneamente en un estallido brillante – una nueva fuente de luz cuántica.

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