Los fotoemisores emocionados pueden cooperar e irradiar simultáneamente, un fenómeno llamado superfluorescencia. Investigadores de Empa y ETH Zurich, junto con colegas de IBM Research Zurich, recientemente han podido crear este efecto con superredes de nanocristales ordenados de largo alcance. Este descubrimiento podría permitir futuros desarrollos en iluminación LED, detección cuántica, comunicación cuántica y futura computación cuántica. El estudio acaba de ser publicado en la reconocida revista Naturaleza .

Algunos materiales emiten luz espontáneamente si son excitados por una fuente externa, por ejemplo, un láser. Este fenómeno se conoce como fluorescencia. Sin embargo, en varios gases y sistemas cuánticos puede producirse una emisión de luz mucho más intensa, cuando los emisores dentro de un conjunto sincronizan espontáneamente su fase mecánica cuántica entre sí y actúan juntos cuando se excitan. De este modo, la salida de luz resultante puede ser mucho más intensa que la suma de los emisores individuales, que conduce a una emisión de luz ultrarrápida y brillante:superfluorescencia. Solo ocurre, sin embargo, cuando esos emisores cumplen requisitos estrictos, como tener la misma energía de emisión, alta fuerza de acoplamiento al campo de luz y largo tiempo de coherencia. Como tal, están interactuando fuertemente entre sí pero al mismo tiempo no son perturbados fácilmente por su entorno. Esto no ha sido posible hasta ahora utilizando materiales tecnológicamente relevantes. Los puntos cuánticos coloidales podrían ser el boleto; son probados, solución comercialmente atractiva ya empleada en las pantallas de televisión LCD más avanzadas, y cumplen todos los requisitos.

Investigadores de Empa y ETH Zurich, dirigido por Maksym Kovalenko, junto con colegas de IBM Research Zurich, ahora han demostrado que la generación más reciente de puntos cuánticos hechos de perovskitas de haluro de plomo ofrecen un camino elegante y prácticamente conveniente hacia la superfluorescencia bajo demanda. Para esto, los investigadores organizaron puntos cuánticos de perovskita en una superrejilla tridimensional, que permite la emisión colectiva coherente de fotones, creando así superfluorescencia. Esto proporciona la base para las fuentes de estados multifotónicos entrelazados, un recurso clave que falta para la detección cuántica, imagen cuántica y computación cuántica fotónica.

"Dios los cría y ellos se juntan"

Un acoplamiento coherente entre puntos cuánticos requiere, sin embargo, que todos tienen el mismo tamaño, forma y composición porque "pájaros del mismo plumaje vuelan juntos" en el universo cuántico, también. "Tales superredes ordenadas de largo alcance solo podrían obtenerse a partir de una solución altamente monodispersa de puntos cuánticos, cuya síntesis se ha optimizado cuidadosamente durante los últimos años, "dijo Maryna Bodnarchuk, un científico senior en Empa. Con tales puntos cuánticos "uniformes" de varios tamaños, El equipo de investigación podría entonces formar superredes controlando adecuadamente la evaporación del solvente.

La prueba final de superfluorescencia provino de experimentos ópticos realizados a temperaturas de alrededor de menos 267 grados Celsius. Los investigadores descubrieron que los fotones se emitían simultáneamente en una ráfaga brillante:"Este fue nuestro momento '¡Eureka!'. En el momento en que nos dimos cuenta de que se trataba de una nueva fuente de luz cuántica, "Dijeron Gabriele Rainó de ETH Zurich y Empa, quien formó parte del equipo que llevó a cabo los experimentos ópticos.

Los investigadores consideran estos experimentos como un punto de partida para explotar aún más los fenómenos cuánticos colectivos con esta clase única de material. "Como las propiedades del conjunto pueden mejorarse en comparación con la suma de sus partes, se puede ir mucho más allá de la ingeniería de los puntos cuánticos individuales, ", agregó Michael Becker de ETH Zurich e IBM Research. La generación controlada de superfluorescencia y la luz cuántica correspondiente podrían abrir nuevas posibilidades en la iluminación LED, detección cuántica, comunicación cifrada cuántica y futura computación cuántica.