El Laboratorio Nacional de Los Alamos ha producido el primer material conocido capaz de emitir un solo fotón a temperatura ambiente y en longitudes de onda de telecomunicaciones. Estos emisores de luz cuántica de nanotubos de carbono pueden ser importantes para el procesamiento de información cuántica de base óptica y la seguridad de la información. mientras que también es de gran interés para la detección ultrasensible, necesidades de metrología e imagen y como fuentes de fotones para avances fundamentales en los estudios de óptica cuántica. La investigación se informó hoy en la revista Fotónica de la naturaleza .

"Al modificar químicamente la superficie de los nanotubos para introducir de forma controlada defectos emisores de luz, hemos desarrollado nanotubos de carbono como una única fuente de fotones, trabajando para implementar emisores cuánticos de estado de defecto que operen a temperatura ambiente y demuestren su función en longitudes de onda tecnológicamente útiles, "dijo Stephen Doorn, líder del proyecto en Los Alamos y miembro del Centro de Nanotecnologías Integradas (CINT). "Idealmente, un único emisor de fotones proporcionará tanto funcionamiento a temperatura ambiente como emisión en longitudes de onda de telecomunicaciones, pero este ha sido un objetivo difícil de alcanzar. Hasta ahora, los materiales que podrían actuar como emisores de fotones individuales en estas longitudes de onda tenían que enfriarse a temperaturas de helio líquido, haciéndolos mucho menos útiles para aplicaciones finales o propósitos científicos, " él dijo.

Un avance crítico en el trabajo de nanotubos de CINT fue la capacidad del equipo para obligar al nanotubo a emitir luz desde un solo punto a lo largo del tubo. solo en un sitio defectuoso. La clave fue limitar los niveles de defectos a uno por tubo. Un tubo un defecto, un fotón. . . . Al emitir luz solo un fotón a la vez, entonces uno puede controlar las propiedades cuánticas de los fotones para su almacenamiento, manipulación y transmisión de información.

Los investigadores del CINT pudieron lograr este grado de control utilizando química basada en diazonio, un proceso que utilizaron para unir una molécula orgánica a la superficie del nanotubo para que sirviera como defecto. La química de la reacción de diazonio permitió una introducción controlable de defectos a base de benceno con sensibilidad reducida a las fluctuaciones naturales en el entorno circundante. En tono rimbombante, la versatilidad de la química del diazonio también permitió a los investigadores acceder a la sintonización inherente de las longitudes de onda de emisión de nanotubos.

Las longitudes de onda (o color) de los fotones producidos en la mayoría de los otros enfoques habían sido demasiado cortas para aplicaciones de telecomunicaciones. donde los fotones necesitan ser manipulados y transportados eficientemente dentro de circuitos ópticos. El equipo descubrió que al elegir un nanotubo de diámetro apropiado, la emisión de un solo fotón podría sintonizarse con la región de longitud de onda de telecomunicaciones esencial.

Los nanotubos de carbono funcionalizados tienen importantes perspectivas de desarrollo, Doorn señaló, incluidos los avances en la química de funcionalización; integración en fotónico, estructuras plasmónicas y metamateriales para un mayor control de las propiedades de emisión cuántica; e implementación en dispositivos eléctricos y circuitos ópticos para diversas aplicaciones.