fotonen, fundamentele lichtdeeltjes, dragen deze woorden naar je ogen via het licht van je computerscherm of telefoon. Fotonen spelen een sleutelrol in de volgende generatie kwantuminformatietechnologie, zoals quantum computing en communicatie. Een kwantumzender, in staat om een ​​enkele, puur foton, is de kern van dergelijke technologie, maar heeft veel problemen die nog moeten worden opgelost, volgens KAIST-onderzoekers.

Een onderzoeksteam onder leiding van professor Yong-Hoon Cho heeft een techniek ontwikkeld die de gewenste kwaliteitszender kan isoleren door de ruis rondom het doelwit te verminderen met wat ze een 'nanoscale focus-pinspot' hebben genoemd. ACS Nano .

"De focus-pinspot op nanoschaal is een structureel niet-destructieve techniek onder een extreem lage dosis ionenbundel en is algemeen toepasbaar voor verschillende platforms om hun enkelvoudige fotonzuiverheid te verbeteren met behoud van de geïntegreerde fotonische structuren, " zei hoofdauteur Yong-Hoon Cho van de afdeling Natuurkunde van KAIST.

Om enkele fotonen te produceren uit vastestofmaterialen, de onderzoekers gebruikten wide-bandgap halfgeleider kwantumstippen - vervaardigde nanodeeltjes met gespecialiseerde potentiële eigenschappen, zoals de mogelijkheid om direct stroom in een kleine chip te injecteren en om bij kamertemperatuur te werken voor praktische toepassingen. Door een kwantumstip te maken in een fotonische structuur die licht voortplant, en dan bestralen met heliumionen, onderzoekers theoretiseerden dat ze een kwantumzender zouden kunnen ontwikkelen die de ongewenste ruisende achtergrond zou kunnen verminderen en een enkele, puur foton op aanvraag.

Professor Cho legde uit, "Ondanks de hoge resolutie en veelzijdigheid, een gefocusseerde ionenbundel onderdrukt typisch de optische eigenschappen rond het gebombardeerde gebied vanwege het hoge momentum van de versnelde ionenbundel. We concentreerden ons op het feit dat, als de gefocusseerde ionenbundel goed wordt gecontroleerd, alleen de achtergrondruis kan selectief worden geblust met een hoge ruimtelijke resolutie zonder de structuur te vernietigen."

Met andere woorden, de onderzoekers richtten de ionenstraal op een speldenprik, het effectief afsnijden van de interacties rond de kwantumstip en het verwijderen van de fysieke eigenschappen die een negatieve interactie zouden kunnen hebben met de fotonzuiverheid die wordt uitgezonden door de kwantumstip en deze degraderen.

"Het is de eerste ontwikkelde techniek die het achtergrondgeluid kan doven zonder de optische eigenschappen van de kwantumemitter en de ingebouwde fotonische structuur te veranderen, ’ beweerde professor Cho.

Professor Cho vergeleek het met gestimuleerde emissiedepletiemicroscopie, een techniek die wordt gebruikt om het licht rond het focusgebied te verminderen, maar het brandpunt verlicht laten. Het resultaat is een verhoogde resolutie van het gewenste visuele doel.

"Door het gefocuste, met ionenbundel bestraalde gebied aan te passen, we kunnen de doelzender selecteren met een resolutie op nanoschaal door de omringende zender te doven, Professor Cho zei. "Deze selectieve uitdovingstechniek op nanoschaal kan worden toegepast op verschillende materiële en structurele platforms en verder worden uitgebreid voor toepassingen zoals optisch geheugen en microdisplays met hoge resolutie." Korea's National Research Foundation en de Samsung Science and Technology Foundation ondersteunden dit werk.