Onderzoekers van de Quantum Photonics Group van DTU Fotonik in samenwerking met het Niels Bohr Institute, Universiteit van Kopenhagen verrast de wetenschappelijke wereld met de ontdekking dat lichtemissie van vastestoffotonenstralers, de zogenaamde kwantumdots, is fundamenteel anders dan tot nu toe werd aangenomen. Het nieuwe inzicht kan belangrijke toepassingen vinden als een manier om de efficiëntie van kwantuminformatie-apparaten te verbeteren. Hun bevindingen zijn gepubliceerd op 19 december 2010 in Natuurfysica .

Tegenwoordig is het mogelijk om zeer efficiënte lichtbronnen te fabriceren en op maat te maken die één enkel foton tegelijk uitstralen, die de fundamentele eenheid van licht vormt. Dergelijke emitters worden kwantumdots genoemd en bestaan ​​uit duizenden atomen. Ondanks de verwachtingen die in deze terminologie worden weerspiegeld, kwantumstippen kunnen niet worden beschreven als puntbronnen van licht, wat tot de verrassende conclusie leidt:kwantumstippen zijn geen stippen!

Dit nieuwe inzicht werd gerealiseerd door experimenteel fotonenemissie vast te leggen van kwantumstippen die zich dicht bij een metalen spiegel bevonden. Puntbronnen van licht hebben dezelfde eigenschappen, of ze nu wel of niet ondersteboven worden gedraaid, en verwacht werd dat dit ook het geval zou zijn voor kwantumdots. Echter, deze fundamentele symmetrie bleek geschonden in de experimenten bij DTU waar een zeer uitgesproken afhankelijkheid van de fotonenemissie van de oriëntatie van de quantum dots werd waargenomen.

De experimentele bevindingen komen uitstekend overeen met een nieuwe theorie van licht-materie interactie ontwikkeld door DTU-onderzoekers in samenwerking met Anders S. Sørensen van het Niels Bohr Instituut. De theorie houdt rekening met de ruimtelijke omvang van quantum dots.

Op het metalen spiegeloppervlak, er bestaan ​​zeer beperkte optische oppervlaktemodi; de zogenaamde plasmonen. Plasmonics is een zeer actief en veelbelovend onderzoeksveld, en de sterke opsluiting van fotonen, beschikbaar in plasmonica, kan toepassingen hebben voor kwantuminformatiewetenschap of het oogsten van zonne-energie. De sterke opsluiting van plasmonen impliceert ook dat fotonenemissie van kwantumstippen sterk kan worden veranderd, en dat kwantumstippen met zeer grote waarschijnlijkheid plasmonen kunnen opwekken. Het huidige werk toont aan dat de excitatie van plasmonen zelfs efficiënter kan zijn dan eerder werd gedacht. Dus het feit dat kwantumstippen zich uitstrekken over gebieden die veel groter zijn dan de atomaire afmetingen, impliceert dat ze efficiënter kunnen interageren met plasmonen.

Het werk kan de weg vrijmaken voor nieuwe nanofotonische apparaten die de ruimtelijke omvang van kwantumstippen als een nieuwe hulpbron benutten. Het nieuwe effect zal naar verwachting ook belangrijk zijn in andere onderzoeksgebieden dan plasmonica, inclusief fotonische kristallen, holte kwantumelektrodynamica, en licht oogsten.