Door fotonen uit te zenden van een kwantumstip aan de bovenkant van een micropiramide, onderzoekers van Linköping University creëren een gepolariseerde lichtbron voor onder meer energiebesparende computerschermen en afluisterbestendige communicatie.

Gepolariseerd licht - waarbij alle lichtgolven op hetzelfde vlak oscilleren - vormt de basis voor technologie zoals lcd-schermen in computers en tv-toestellen, en geavanceerde kwantumversleuteling. Normaal gesproken, dit wordt gecreëerd door normaal ongepolariseerd licht dat door een filter gaat dat de ongewenste lichtgolven blokkeert. Minstens de helft van het uitgestraalde licht, en daardoor een gelijke hoeveelheid energie, gaat verloren in het proces.

Een betere methode is om licht uit te stralen dat bij de bron gepolariseerd is. Dat kan met quantum dots – kristallen van halfgeleidend materiaal die zo klein zijn dat ze kwantummechanische verschijnselen veroorzaken. Maar tot nu toe, ze hebben alleen polarisatie bereikt die ofwel geheel te zwak of moeilijk te controleren is.

Een onderzoeksgroep voor halfgeleidende materialen onder leiding van professor Per Olof Holtz presenteert nu een alternatieve methode waarbij asymmetrische kwantumdots van een nitridemateriaal met indium worden gevormd aan de top van microscopisch kleine zeszijdige piramides. Met deze, ze zijn erin geslaagd licht te creëren met een hoge mate van lineaire polarisatie, gemiddeld 84%. De resultaten worden gepubliceerd in het tijdschrift Nature Licht:wetenschap en toepassingen .

"We demonstreren een nieuwe manier om direct gepolariseerd licht te genereren, met een vooraf bepaalde polarisatievector en met een polarisatiegraad die aanzienlijk hoger is dan bij de eerder gelanceerde methoden, ' zegt professor Holtz.

Bij experimenten, er werden kwantumdots gebruikt die violet licht uitstralen met een golflengte van 415 nm, maar de fotonen kunnen in principe elke kleur aannemen binnen het zichtbare spectrum door de hoeveelheid van het metaal indium te variëren.

"Onze theoretische berekeningen wijzen op het feit dat een verhoogde hoeveelheid indium in de kwantumstippen de mate van polarisatie verder verbetert, " zegt lezer Fredrik Karlsson, een van de auteurs van het artikel.

De micropiramide wordt geconstrueerd door kristallijne groei, atoomlaag voor atoomlaag, van het halfgeleidende materiaal galliumnitride. Hierop worden een paar nanodunne lagen gelegd waar ook het metaal indium in zit. Van de asymmetrische kwantumstip die zo aan de bovenkant is gevormd, lichtdeeltjes worden uitgezonden met een welbepaalde golflengte.

De resultaten van het onderzoek openen mogelijkheden, bijvoorbeeld voor meer energie-effectieve gepolariseerde lichtgevende diodes in de lichtbron voor LCD-schermen. Omdat de kwantumstippen ook één foton tegelijk kunnen uitzenden, dit is een veelbelovende technologie voor kwantumversleuteling, een groeiende technologie voor afluisterbestendige communicatie.