Comunicaciones verdaderamente seguras. No escuchas a escondidas. Esa es la promesa de la comunicación cuántica. Un desafío para hacerlo realidad es la luz. Necesitamos una forma eficiente de crear paquetes de luz, llamados fotones. Ahora, Los científicos han identificado cómo los nanotubos de carbono modificados emiten pares de fotones. Los experimentos y la teoría muestran que los pares de fotones son el resultado de la captura y recombinación de dos excitones (pares de electrones y huecos). La evidencia sugiere que este es un proceso eficiente para generar pares de fotones.

La investigación del equipo muestra cómo producir fotones de manera eficiente utilizando pequeños tubos de carbono. Tal producción podría conducir a formas ultra seguras de transmitir mensajes (comunicaciones cuánticas). El enfoque también podría cambiar los láseres, utilizado en todo, desde electrónica de consumo hasta instrumentos científicos. Un atractivo adicional es que la modificación de los nanotubos de carbono implica una simple deposición de películas delgadas de óxido de aluminio o silicio. Esto hace que los tubos sean compatibles con las tecnologías microelectrónicas existentes. También abre un camino para desarrollar circuitos integrados fotónicos.

Ajuste de las propiedades electrónicas de los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT), un proceso conocido como dopaje, emerge como un medio eficaz para mejorar las propiedades de emisión de estos nanotubos e introducir nuevas funcionalidades. Estos estados dopantes de SWCNT son un nuevo tipo de fuente de luz cuántica que puede imitar los iones atrapados a temperatura ambiente. Si bien la mayoría de los estados dopantes emiten un fotón por ciclo de excitación y, por lo tanto, pueden servir como emisores de fotones individuales, algunos estados dopantes emiten fotones en pares. Esto podría ocurrir de dos formas:los pares de fotones podrían provenir de dos estados dopantes ubicados dentro del punto de excitación del láser o de la recombinación sucesiva de dos excitones en un solo defecto. Esta última investigación de científicos del Centro de Nanotecnologías Integradas y sus colaboradores en el Laboratorio Nacional de Los Alamos identifica este último proceso como la parte responsable y aclara aún más los detalles del proceso.

Los investigadores realizaron un experimento de correlación de fotones de segundo orden sincronizado con el tiempo para separar los fotones emitidos por las desintegraciones rápidas de los estados de múltiples excitones y los emitidos por la desintegración lenta asociada con los estados de un solo excitón. El experimento demostró que la emisión de pares de fotones se origina a partir de dos capturas y recombinaciones sucesivas de excitones en un estado de dopante de oxígeno solitario. Más evidencia experimental y análisis teórico mostraron que este tipo de proceso de emisión de pares de fotones puede ocurrir con una eficiencia tan alta como el 44 por ciento de la emisión de un solo fotón. El principal factor limitante de la eficacia de este proceso es la aniquilación de los excitones tras la colisión (aniquilación excitón-excitón). Si bien la emisión de múltiples excitones no es deseable para la generación de un solo fotón, este trabajo abre un nuevo y emocionante camino hacia los láseres basados ​​en nanotubos de carbono y la generación de fotones entrelazados. En general, este trabajo destaca los ricos procesos multi-excitónicos asociados con los estados dopantes.