Los científicos de la Universidad Nacional de Investigación Nuclear MEPhI (MEPhI) han demostrado un aumento en la intensidad y la tasa de emisión de los puntos cuánticos. Según los autores del estudio, el desarrollo podría ayudar a resolver uno de los problemas clave en la creación de una computadora cuántica y elevar el monitoreo biomédico a un nuevo nivel. Los resultados de la investigación se publicaron en Óptica Express .

Los puntos cuánticos son nanoestructuras fluorescentes de baja dimensión que son prometedoras en el campo de la interacción luz-materia. Son capaces de absorber una amplia gama de luz y emitir luz en un rango estrecho de longitudes de onda, que depende del tamaño del nanocristal; es decir, uno u otro punto cuántico brilla con un color determinado. Estas propiedades hacen que los puntos cuánticos sean casi perfectos para el registro multicolor ultrasensible de objetos biológicos. así como para diagnósticos médicos.

Los puntos cuánticos se pueden utilizar en una amplia gama de áreas, desde dispositivos de iluminación y paneles solares hasta qubits para computación cuántica. Son mejores que los fósforos tradicionales en términos de fotoestabilidad y brillo. Las pantallas de puntos cuánticos pueden proporcionar un brillo mucho mayor, contraste y menor consumo de energía que otras tecnologías.

Investigadores del Laboratorio de Nano-Bioingeniería (LNBE) del Instituto de Ingeniería Física para Biomedicina, MEPhI, han sido los primeros en demostrar un aumento tanto en la intensidad como en la tasa de emisión espontánea de puntos cuánticos semiconductores en estructuras fotónicas porosas basadas en silicio.

Los resultados del estudio representan un nuevo enfoque para controlar la emisión de luz espontánea al cambiar el entorno electromagnético local de fósforos en una matriz porosa. que abre perspectivas para nuevas aplicaciones en biodetección, optoelectrónica, criptografía y computación cuántica.

En primer lugar, los nuevos sistemas pueden servir como base para biosensores fluorescentes compactos en forma de ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas, generalizado en la práctica clínica. El uso de puntos cuánticos con fluorescencia mejorada con cristal fotónico aumentará significativamente la sensibilidad del análisis, haciendo posible la detección temprana de enfermedades, cuando el número de biomarcadores de la enfermedad en la sangre del paciente es bajo. También facilitará el seguimiento del tratamiento del paciente.

Es más, el desarrollo puede servir como base para computadoras ópticas o sistemas criptográficos, Reemplazo de fuentes voluminosas de fotones individuales o elementos lógicos ópticos. Además de compacidad y sencillez, El uso de los nuevos sistemas en esta área permitirá resolver uno de los problemas clave de la industria:la producción bajo demanda de fotones entrelazados cuánticos o únicos. que es casi imposible hoy.

Los fotones entrelazados, un par de partículas en estados cuánticos correlacionados, juegan un papel clave en la física moderna. Sin pares enredados, es casi imposible implementar la comunicación cuántica y la teletransportación cuántica, así como construir computadoras cuánticas conectadas a Internet cuántica. Si se crea la computadora cuántica, los principios de una amplia gama de áreas:modelado molecular, criptografía, inteligencia artificial — podría cambiar por completo.

Los científicos de MEPhI han logrado obtener el resultado gracias al uso de oxidación profunda de cristales fotónicos, que hizo posible suprimir la extinción de la luminiscencia, así como para reducir la pérdida de energía por absorción.

"Para mejorar la luminiscencia de tales estructuras, se utilizan varios métodos, entre los que resulta de especial interés el uso de cristales fotónicos. Las variaciones periódicas en el índice de refracción del cristal fotónico permiten lograr un aumento local de la densidad de los estados fotónicos, debido a que se observa un aumento de la intensidad de los fósforos y de la tasa de emisión espontánea, "Pavel Samokhvalov, investigador de LNBE MEPhI, dijo.

Para fabricar cristales fotónicos, el silicio poroso es ampliamente utilizado, que es bastante diferente de otros materiales debido a la posibilidad de controlar con precisión el índice de refracción, facilidad de fabricación, y capacidad de sorción.

Sin embargo, hasta ahora, los investigadores no han logrado aumentar la tasa de relajación radiativa de los fósforos en los cristales fotónicos de silicio poroso debido a la extinción significativa de la luminiscencia al entrar en contacto con la superficie del silicio.