Новости химической науки > Физики говорят, что квантовые точки не являются точками

Группа исследователей из Дании удивила научный мир своим открытием, результаты которого говорят о том, что механизм испускания света твердотельными излучателями фотонов, так называемыми квантовыми точками, существенно отличается от механизма, в правильности которого специалисты по нанотехнологиям были уверены до настоящего времени.

Результаты исследования могут оказаться весьма важными для разработки способов увеличения эффективности квантовых информационных устройств.

Квантовые точки представляют собой твердотельные «искусственные атомы», состоящие из тысяч обычных атомов (желтые сферы), внедренных в полупроводник (синие сферы). Несмотря на сложное строение, свойство квантовых точек испускать фотоны до настоящего времени объяснялось также как и эмиссионные свойства отдельных атомов – в рамках модели точечного эмиттера. (Рисунок из Nature Physics (2010) doi:10.1038/nphys1870)

В настоящее время возможно получать и настраивать свойства высокоэффективных источников света, испускающих в заданную единицу времени только один фотон – фундаментальную единицу электромагнитного излучения. Такие источники света – эмиттеры называют квантовыми точками, они состоят из тысяч отдельных атомов. Несмотря на ожидание, отраженное в их названии, квантовые точки нельзя описать как точечные источники света, что приводит к удивительному заключению – квантовые точки не являются точками.

Новый подход к описанию природу квантовых точек был предложен после экспериментов по регистрации эмиссии фотонов квантовыми точками, расположенными поблизости от металлического зеркала. Свойства точечных источников света не зависят от их ориентации, что, по идее, ожидалось и для квантовых точек. Однако, эти фундаментальные свойства симметрии нарушались в экспериментах – наблюдалась весьма ярко выраженная зависимость эмиссии фотонов от ориентации квантовых точек относительно зеркал.

Тем не менее, результаты экспериментов хорошо согласуются с новой теорией взаимодействия света с веществом, предложенной Андерсом Соренсеном (Anders S. Sørensen) из Института Нильса Бора. В новой теории учитываются пространственные размеры квантовых точек.

На отражающих поверхностях из металла существуют четкие границы оптически активной поверхности, так называемые плазмоны (plasmon). В настоящее время плазмоника является весьма динамично развивающейся областью физики; в рамках плазмоники существует концепция удерживания фотонов, которая может найти применение на практике для разработки систем квантовой информации или переработки солнечной энергии.

Квантовые особенности поведения плазмонов приводят к тому, что механизм эмиссии фотонов квантовыми точками может быть существенно изменен – с большой долей вероятности квантовые точки могут возбуждать плазмоны. Результаты работы датских исследователей демонстрируют, что возбуждение плазмонов оказывает большее влияние на эмиссию квантовых точек, чем считалось ранее, а то, что размеры квантовой точки значительно больше размеров отдельных атомов, позволяет делать вывод о возможности их эффективного взаимодействия с плазмонами.

Источник: Nature Physics (2010) doi:10.1038/nphys1870

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #физическая химия