Wetenschap
In een koolstofnanobuisje (boven, grijze cilinder), de vangst van een foton (groene pijl) genereert twee excitonen (blauwe en rode bollen aan elkaar gebonden) op zuurstofdopingplaatsen (boven, rode ballen). De excitonen recombineren en zenden fotonparen uit (onder, roze sterren). Krediet:Han Htoon, Centrum voor Geïntegreerde Nanotechnologieën. Gereproduceerd met toestemming van de Royal Society of Chemistry
Echt veilige communicatie. Geen afluisteren. Dat is de belofte van kwantumcommunicatie. Een uitdaging om het te realiseren is licht. We hebben een efficiënte manier nodig om lichtpakketten te maken, fotonen genoemd. Nutsvoorzieningen, wetenschappers hebben vastgesteld hoe gemodificeerde koolstofnanobuizen fotonparen uitstoten. De experimenten en theorie laten zien dat de fotonenparen het resultaat zijn van de vangst en recombinatie van twee excitonen (elektron-gat-paren). Het bewijs suggereert dat dit een efficiënt proces is voor het genereren van fotonparen.
Het onderzoek van het team laat zien hoe fotonen efficiënt kunnen worden geproduceerd met behulp van kleine koolstofbuisjes. Een dergelijke productie zou kunnen leiden tot ultraveilige manieren om berichten door te geven (kwantumcommunicatie). De aanpak kan ook lasers veranderen, gebruikt in alles, van consumentenelektronica tot wetenschappelijke instrumenten. Extra aantrekkelijk is dat het modificeren van de koolstofnanobuisjes een eenvoudige afzetting van dunne silicium- of aluminiumoxidefilms inhoudt. Dit maakt de buizen compatibel met bestaande micro-elektronische technologieën. Het opent ook de weg naar de ontwikkeling van fotonische geïntegreerde schakelingen.
Afstemming van de elektronische eigenschappen van enkelwandige koolstofnanobuizen (SWCNT's), een proces dat bekend staat als doping, komt naar voren als een effectief middel om de emissie-eigenschappen van deze nanobuisjes te verbeteren en nieuwe functionaliteiten te introduceren. Deze doteringstoestanden van SWCNT's zijn een nieuw soort kwantumlichtbron die ingesloten ionen bij kamertemperatuur kan nabootsen. Terwijl de meeste doteringstoestanden één foton per excitatiecyclus uitzenden en daarom kunnen dienen als enkele fotonstralers, sommige doteringstoestanden zenden fotonen in paren uit. Er zijn twee manieren waarop dit kan gebeuren:de fotonparen kunnen afkomstig zijn van twee doteringstoestanden die zich binnen de laserexcitatievlek bevinden of van opeenvolgende recombinatie van twee excitonen in een enkel defect. Dit laatste onderzoek van wetenschappers van het Center for Integrated Nanotechnologies en hun medewerkers van het Los Alamos National Laboratory identificeert het laatste proces als de verantwoordelijke partij en verduidelijkt de details van het proces.
De onderzoekers voerden een tijdgebonden tweede-orde fotoncorrelatie-experiment uit om fotonen te scheiden die worden uitgezonden door het snelle verval van multi-excitontoestanden en die uitgezonden door het langzame verval geassocieerd met enkele excitontoestanden. Het experiment toonde aan dat de emissie van het fotonenpaar afkomstig is van twee opeenvolgende vangsten en recombinaties van excitonen in een solitaire zuurstofdoteringstoestand. Verder experimenteel bewijs en theoretische analyse toonden aan dat dit type fotonenpaaremissieproces kan plaatsvinden met een efficiëntie van wel 44 procent van de enkele fotonenemissie. De belangrijkste beperkende factor voor de efficiëntie van dit proces is de annihilatie van excitonen bij botsing (exciton-exciton annihilatie). Hoewel emissie met meerdere excitonen niet wenselijk is voor het genereren van één foton, dit werk opent een opwindend nieuw pad naar op koolstofnanobuisjes gebaseerde lasers en het genereren van verstrengelde fotonen. Algemeen, dit werk benadrukt de rijke multi-excitonische processen die verband houden met doteringstoestanden.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com