A diferencia de otros emisores de fotones individuales, una nueva clase de puntos cuánticos ofrece un flujo estable de fotones infrarrojos únicos, sintonizables espectralmente, en condiciones ambientales y a temperatura ambiente. Este avance abre una serie de aplicaciones prácticas, que incluyen comunicación cuántica, metrología cuántica, diagnóstico e imágenes médicas y etiquetado secreto.

«La evidencia de alta pureza de un solo fotón en el infrarrojo es de uso inmediato en áreas como la distribución de claves cuánticas para una comunicación segura», dijo Victor Klimov, autor principal de uno en Today Nanotecnología de la naturaleza por científicos del Laboratorio Nacional de Los Alamos.

El equipo de Los Alamos desarrolló un enfoque elegante para la síntesis de las estructuras de nanopartículas coloidales derivadas de trabajos anteriores sobre emisores de luz visible basados ​​en un núcleo de seleniuro de cadmio encerrado en una capa de sulfuro de cadmio. Al insertar una capa intermedia de sulfuro de mercurio en la interfaz entre el núcleo y la capa, el equipo transformó los puntos cuánticos en emisores de infrarrojos altamente eficientes que se pueden sintonizar a una longitud de onda específica.

«Esta nueva síntesis permite un control muy preciso del grosor de la capa intermedia emisora ​​de sulfuro de mercurio a nivel atómico. Al cambiarla en pasos de una sola capa atómica, podemos ajustar la longitud de onda de la luz emitida en saltos cuantificados discretos y más allá, ajústelo de forma más continua, ajustando el tamaño del núcleo de seleniuro de cadmio «, dijo Vladimir Sayevich, el químico principal de este proyecto.

Estas nuevas estructuras son muy superiores a los puntos cuánticos existentes en el infrarrojo cercano y muestran una emisión «sin parpadeos» a nivel de un solo punto, una pureza de fotón único casi perfecta a temperatura ambiente (que genera «luz cuántica») y tasas de emisión rápidas. Se comportan muy bien con excitación óptica y eléctrica.

Los fotones individuales se pueden usar como qubits en la computadora cuántica. En una aplicación de ciberseguridad, los fotones individuales pueden proteger una red informática a través de la distribución de claves cuánticas, proporcionando la máxima seguridad a través de protocolos cuánticos «irrompibles».

La bioimagen es otra aplicación importante. La longitud de onda de emisión de los puntos cuánticos recientemente desarrollados se encuentra en el infrarrojo cercano dentro de la ventana de bio-transparencia, lo que los hace muy adecuados para la obtención de imágenes de tejido profundo.

Los seres humanos no pueden ver la luz infrarroja, pero muchas tecnologías modernas dependen de ella, desde dispositivos de visión nocturna y sensores remotos hasta telecomunicaciones e imágenes biomédicas. La luz infrarroja también juega un papel importante en las nuevas tecnologías cuánticas, que se basan en la dualidad de partículas de luz o fotones, que también pueden comportarse como ondas. La explotación de esta propiedad cuántica requiere fuentes de «luz cuántica» que emiten luz en forma de cuantos únicos o fotones.

«También es un elemento químico genial tener una precisión de capa de un solo átomo para hacer estos puntos», dijo Zack Robinson, el miembro del proyecto que se centra en la espectroscopia de puntos cuánticos. «El grosor de la capa intermedia emisora ​​de sulfuro de mercurio es idéntico en todos los puntos de las muestras. Esto es muy singular, especialmente para un material que se fabrica químicamente en un vaso de precipitados».

Klimov agregó: «Sin embargo, este es solo el primer paso. Para poder aprovechar al máximo la ‘luz cuántica’, se debe lograr la distinción de fotones, es decir, garantizar que todos los fotones emitidos sean idénticos mecánicamente cuántico, lo cual es un tarea difícil que haremos a continuación en nuestro proyecto «.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por DOE / Laboratorio Nacional de Los Alamos. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.

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