Az arany nanocső titka: fényt gyújt az anyag sötétjében

Korábban láthatatlan fényállapotokat sikerült most először láthatóvá és szabályozhatóvá tenni: áttörés született a fotonika és a kvantumtechnológia területén, amely új távlatokat nyit a szupergyors fotonika, a chipbe épített kvantumkommunikáció és a kétdimenziós (2D) anyagok eddig elérhetetlen kvantumállapotainak vizsgálata előtt.

Láthatóvá váló sötét excitonok

A City University of New York és a University of Texas kutatói olyan módszert dolgoztak ki, amelynek révén a sötét excitonoknak nevezett, korábban kimutathatatlan fényállapotok 300 000-szer erősebb fényt bocsáthatnak ki, ha egy nanoméretű, aranyból készült optikai üregbe zárják azokat. Ehhez egy mindössze három atomrétegű volfrám-diszelenid (WSe₂) réteget kombináltak arany nanocsővel. A módszer nemcsak rendkívüli erősítést eredményezett, hanem lehetővé tette, hogy az excitonok viselkedését nanoszintű pontossággal szabályozzák.

Kvantumtechnológiai ugrás

A sötét excitonok rendkívül hosszú élettartamuk és stabilitásuk miatt régóta ígéretesek a kvantuminformációs és fejlett optikai alkalmazásokban, hiszen kevésbé zavarja meg őket a környezet, ezáltal csökkentik a dekoherenciát. Az új eljárással most ezek az eddig rejtett fényállapotok feltárulnak, és tetszés szerint ki- és bekapcsolhatók. Ez új utakat nyit az érzékelőktől a kvantumszámítógépekig, miközben az eredeti anyagtulajdonságok megmaradnak.

Villamos és mágneses irányítás

A kutatók kimutatták, hogy az excitonokat elektromos és mágneses térrel is kapcsolni és hangolni lehet, ami lehetővé teszi érzékeny érzékelők, titkosított kommunikációs rendszerek és chipbe integrált fotonikai áramkörök kifejlesztését is.

Megoldott plazmonika-vita

Egyúttal régi kérdésre is választ adtak: nanométeres vékonyságú bór-nitrid rétegek segítségével igazolták, hogy plazmonikus struktúrákkal, a sötét excitonok természetét megőrizve is, lehetséges ilyen drámai fényerősítés.

A kutatást az Amerikai Légierő, a Haditengerészet és a Nemzeti Tudományos Alap támogatta.

2025, adrienne, www.sciencedaily.com alapján