Onderzoekers van Los Alamos en partners in Frankrijk en Duitsland onderzoeken het verbeterde potentieel van koolstofnanobuisjes als single-photon emitters voor de verwerking van kwantuminformatie. Hun analyse van de vooruitgang in het veld is gepubliceerd in de editie van deze week van het tijdschrift Natuurmaterialen .

"We zijn vooral geïnteresseerd in vooruitgang in de integratie van nanobuisjes in fotonische holtes voor het manipuleren en optimaliseren van lichtemissie-eigenschappen, " zei Stephen Doorn, een van de auteurs, en een wetenschapper met de Los Alamos National Laboratory-site van het Center for Integrated Nanotechnologies (CINT). "In aanvulling, nanobuisjes die in elektroluminescente apparaten zijn geïntegreerd, kunnen meer controle bieden over de timing van lichtemissie en ze kunnen op een haalbare manier worden geïntegreerd in fotonische structuren. We benadrukken de ontwikkeling en fotofysische sondering van defecte toestanden van koolstofnanobuisjes als routes naar enkele fotonstralers op kamertemperatuur op telecomgolflengten."

Het teamoverzicht is gemaakt in samenwerking met collega's in Parijs (Christophe Voisin) die de integratie van nanobuisjes in fotonische holtes bevorderen om hun emissiesnelheden te wijzigen, en in Karlsruhe (Ralph Krupke) waar ze op nanobuisjes gebaseerde elektroluminescente apparaten integreren met fotonische golfgeleiderstructuren. De focus van Los Alamos ligt op de analyse van nanobuisdefecten om kwantumemissie naar kamertemperatuur en telecomgolflengten te duwen, hij zei.

Zoals het papier aangeeft, "Met de komst van snelle informatienetwerken, licht is de belangrijkste wereldwijde informatiedrager geworden. . . . Single-photon-bronnen zijn een belangrijke bouwsteen voor een verscheidenheid aan technologieën, in veilige kwantumcommunicatie-metrologie of kwantumcomputerschema's."

Het gebruik van enkelwandige koolstofnanobuisjes op dit gebied was een aandachtspunt voor het Los Alamos CINT-team, waar ze het vermogen ontwikkelden om de nanobuisstructuur chemisch te wijzigen om opzettelijke defecten te creëren, het lokaliseren van excitonen en het beheersen van hun afgifte. Volgende stappen, Doorn notities, omvatten integratie van de nanobuisjes in fotonische resonatoren, om de helderheid van de bron te verhogen en om niet te onderscheiden fotonen te genereren. "We moeten afzonderlijke fotonen maken die niet van elkaar te onderscheiden zijn, en dat is afhankelijk van ons vermogen om buizen te functionaliseren die zeer geschikt zijn voor apparaatintegratie en om omgevingsinteracties met de defectlocaties te minimaliseren, " hij zei.

"Naast het definiëren van de stand van de techniek, we wilden benadrukken waar de uitdagingen liggen voor toekomstige vooruitgang en enkele van de meest veelbelovende toekomstige richtingen aangeven om vooruitgang te boeken op dit gebied. uiteindelijk, we hopen meer onderzoekers op dit gebied te trekken, ' zei Doorn.