Les chercheurs créent une superfluorescence à l'aide de superréseaux de nanocristaux

• Pour obtenir une superfluorescence à la demande, les chercheurs ont utilisé des points quantiques constitués de pérovskites aux halogénures de plomb.
• Ils ont mené des expériences optiques à -267 °C, qui ont donné la preuve finale de la superfluorescence.

Quelques matériaux ont tendance à émettre de la lumière en continu lorsqu'ils sont excités par un laser ou toute autre source externe. Ce mécanisme est appelé fluorescence. Cependant, dans de nombreux systèmes quantiques, la tendance à émettre spontanément de la lumière est beaucoup plus forte.

Lorsque de tels systèmes sont excités par une source externe, ils synchronisent leur phase de mécanique quantique les uns avec les autres, ce qui se traduit par une sortie beaucoup plus intense (sous forme de lumière) que les émetteurs individuels combinés. Cela conduit à une émission lumineuse et ultrarapide de la lumière, c'est-à-dire une superfluorescence.

Cependant, cela ne se produit que lorsque les émetteurs répondent à des exigences spécifiques, par exemple, ils doivent avoir une force de couplage élevée avec le champ lumineux, un temps de cohérence plus long et la même énergie d'émission. En outre, ils doivent être capables d'interagir pleinement les uns avec les autres sans être dérangés par leur environnement. Jusqu'à présent, les scientifiques n'ont pas été en mesure de réaliser cet exploit en utilisant des milliers de substances technologiquement pertinentes.

Récemment, des chercheurs de l'ETH Zurich et de l'Empa ont créé cet effet en utilisant des super-réseaux de nanocristaux ordonnés à longue distance. Cela pourrait ouvrir la voie au développement de l'informatique quantique, de la détection quantique, de la communication cryptée quantique, ainsi que de l'éclairage LED.

Référence :Nature | doi:10.1038/s41586-018-0683-0 | Empa

Points quantiques colloïdaux

Pour obtenir la superfluorescence à la demande, les auteurs ont utilisé des points quantiques constitués de pérovskites aux halogénures de plomb. Ils ont organisé des points quantiques pérovskites en un super-réseau 3D, permettant une émission collective cohérente de lumière (photons), qui crée une superfluorescence. C'est une émission dynamiquement décalée vers le rouge avec une décroissance radiative accélérée de plus de 20 fois.

Vue microscopique des super-réseaux (éclairage en lumière blanche) | Crédit :Empa

Pour un couplage cohérent, les points quantiques doivent avoir la même taille, la même forme et la même composition. Une solution de points quantiques extrêmement monodisperse est nécessaire pour créer des super-réseaux ordonnés à longue portée. Et ces solutions ont été considérablement améliorées au cours des deux dernières années.

Les auteurs ont déclaré qu'en manipulant soigneusement l'évaporation du solvant, ils pourraient produire des super-réseaux, en utilisant des points quantiques uniformes de tailles variables. Dans l'ensemble, il offre la base des ressources des phases multiphotoniques enchevêtrées - une source manquante pour l'informatique quantique photonique, l'imagerie quantique et la détection.

Les chercheurs ont mené des expériences optiques à des températures extrêmement basses, près de -267°C, qui ont donné la preuve finale de la superfluorescence. Ils ont découvert que les photons étaient éjectés spontanément dans une rafale brillante - une nouvelle source de lumière quantique.

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Ces expériences aideront les scientifiques à explorer davantage les phénomènes quantiques collectifs avec les pérovskites aux halogénures de plomb. Étant donné que les propriétés de ce type de matériau unique peuvent être encore améliorées, il est possible d'explorer des choses au-delà de l'ingénierie de chaque point quantique.