Новое устройство точно контролирует излучение фотонов для более эффективных портативных экранов
Недавно группа химиков, математиков, физиков и наноинженеров из Университета Твенте в Нидерландах разработала устройство, позволяющее контролировать излучение фотонов с беспрецедентной точностью. Эта технология может привести к созданию более эффективных миниатюрных источников света, чувствительных датчиков и стабильных квантовых битов для квантовых вычислений. Используя полимерные щётки (крошечные химические цепочки, способные удерживать источники фотонов в определенном месте) и добавив нанофотонные инструменты, эксперимент показал, что возбужденные источники света подавляются почти в 50 раз. В этой ситуации источник света остается возбужденным в 50 раз дольше, чем обычно. Спектр очень хорошо соответствует теоретическому, рассчитанному с помощью современных математических инструментов.
Фото: Журнал физической химии C (2024). DOI: 10.1021/acs.jpcc.4c01541
Статья под названием «Сильно подавленное спонтанное излучение квантовых точек PbS, ковалентно связанных с трехмерными кремниевыми фотонными кристаллами запрещенной зоны» опубликована в журнале Journal of Physical Chemistry C.
Часть вашего смартфона, которая потребляет больше всего энергии, — это экран. Уменьшение нежелательной энергии, выходящей за пределы экрана, повышает долговечность нашего смартфона. Представьте, что ваш смартфон нужно заряжать всего раз в неделю. Однако для повышения эффективности необходимо иметь возможность испускать фотоны более контролируемым образом.
MINT-инструментарий
Исследователи разработали «MINT-toolbox»: набор инструментов из научных дисциплин математики, информатики, естественных наук и технологий. В этом ящике с инструментами находились современные химические инструменты. Самыми важными были полимерные щетки — крошечные химические цепочки, способные удерживать источники фотонов в определенном месте.
Первый автор Андреас Шульц объясняет: «Полимерные щетки прививаются в растворе с пористой поверхности внутри так называемого фотонного кристалла, сделанного из кремния. Довольно сложный эксперимент. Поэтому мы были очень взволнованы, когда в отдельных исследованиях рентгеновских изображений увидели, что источники фотонов располагались в правильных местах на вершине кистей».
Добавив нанофотонные инструменты, команда продемонстрировала, что возбужденные источники света подавляются почти в 50 раз. В этой ситуации источник света остается возбужденным в 50 раз дольше, чем обычно. Спектр очень хорошо соответствует теоретическому, рассчитанному с помощью современных математических инструментов. Второй автор Марек Козонь говорит: «Теория предсказывает нулевой свет, поскольку она относится к вымышленному бесконечно протяженному кристаллу. В нашем реальном конечном кристалле излучаемый свет не равен нулю, но настолько мал, что это новый мировой рекорд».
Новые результаты обещают новую эру для эффективных миниатюрных лазеров и источников света, для кубитов в фотонных схемах с сильно уменьшенными возмущениями (из-за неуловимых вакуумных флуктуаций). Виллем Вос говорит: «Наш набор инструментов открывает возможности для совершенно новых приложений, использующих сильно стабилизированные возбужденные состояния. Они играют центральную роль в фотохимии и могут стать чувствительными химическими наносенсорами».
