Superfluorescence contrôlée avec super-réseaux de nanocristaux d'halogénure de plomb et pérovskite

• Pour obtenir la superfluorescence à la demande, les chercheurs ont utilisé des points quantiques faits d'halogénures de plomb et pérovskite.
• Ils ont mené des expériences optiques à -267 °C, ce qui a 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 s'appelle la 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 quantique mécanique entre eux, ce qui entraîne une sortie beaucoup plus intense (sous forme de lumière) que la somme des émetteurs individuels. Cela conduit à une émission de lumière brillante et ultrarapide, c'est-à-dire la superfluorescence.

Cependant, cela ne se produit que lorsque les émetteurs répondent à des exigences spécifiques, par exemple, ils devraient avoir un fort couplage avec le champ lumineux, un temps de cohérence plus long et la même énergie d'émission. De plus, ils doivent être capables d'interagir pleinement entre eux sans être perturbés par leur environnement. Jusqu'à présent, les scientifiques n'ont pas réussi à réaliser cet exploit en utilisant des milliers de substances technologiquement pertinentes.

Récemment, des chercheurs de l'ETH Zurich et d'Empa ont créé cet effet en utilisant des super-réseaux de nanocristaux à longue portée ordonnés. Cela pourrait ouvrir la voie au développement de l'informatique quantique, de la détection quantique, de la communication quantique cryptée, 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 faits d'halogénures de plomb et pérovskite. Ils ont organisé les points quantiques de pérovskite dans un super-réseau 3D, permettant l'émission collective cohérente de lumière (photons), ce qui crée la superfluorescence. C'est une émission décalée vers le rouge dynamiquement avec une décroissance radiative accélérée de plus de 20 fois.

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

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

Les auteurs ont déclaré qu'en gérant soigneusement l'évaporation du solvant, ils pouvaient produire des super-réseaux, en utilisant des points quantiques uniformes de tailles variables. Dans l'ensemble, cela offre la base pour des ressources de phases multi-photons intriqués – 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, ce qui a 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 halogénures de plomb et pérovskite. Comme les propriétés de ce type unique de matériau peuvent être encore améliorées, il est possible d'explorer des choses au-delà de l'ingénierie de chaque point quantique.