Científicos de la Universidad de Cambridge y la Universidad de Southampton han logrado avances significativos en el desarrollo de fuentes de luz cuánticas ultrafinas. Su investigación demuestra cómo aprovechar las interacciones excitónicas puede mejorar la eficiencia de la generación de fotones entrelazados. Estos hallazgos son prometedores para miniaturizar e integrar dispositivos fotónicos cuánticos cruciales para las tecnologías de comunicación y computación cuántica.

Interacciones excitónicas y generación de fotones entrelazados

Los excitones son cuasipartículas que se forman cuando los electrones y los huecos se unen mediante fuerzas de Coulomb. En ciertos materiales semiconductores, como los dicalcogenuros de metales de transición (TMD) atómicamente delgados, los excitones exhiben fuertes interacciones, lo que conduce a fenómenos ópticos únicos. Uno de esos fenómenos es la aniquilación excitón-excitón, donde dos excitones interactúan y se aniquilan entre sí, liberando energía en forma de fotones entrelazados.

Mejora de la eficiencia

El equipo, dirigido por el profesor Mete Atature, exploró cómo se pueden aprovechar las interacciones excitón-excitón para mejorar la eficiencia de la generación de fotones entrelazados. Fabricaron diodos emisores de luz (LED) cuánticos ultrafinos utilizando monocapas TMD atómicamente delgadas y estudiaron sus propiedades de emisión de luz bajo diversas densidades de potencia de excitación.

Hallazgos clave

Sus experimentos revelaron que las interacciones excitón-excitón desempeñan un papel crucial en la mejora de la generación de fotones entrelazados. Con potencias de excitación bajas, el LED exhibió interacciones excitón-excitón débiles, lo que resultó en bajas tasas de generación de fotones entrelazados. Sin embargo, a medida que aumentó el poder de excitación, las interacciones excitón-excitón se volvieron más pronunciadas, lo que llevó a un aumento significativo en la eficiencia de generación de fotones entrelazados, un aumento de más de diez veces en comparación con el régimen de baja potencia.

Importancia

Esta investigación demuestra el potencial de las fuentes de luz cuántica TMD atómicamente delgadas para la generación eficiente de fotones entrelazados. Aprovechar las interacciones excitón-excitón ofrece un enfoque poderoso para mejorar el rendimiento de los dispositivos fotónicos cuánticos. Estos avances contribuyen a la miniaturización e integración de las tecnologías cuánticas, allanando el camino para aplicaciones prácticas en computación cuántica, criptografía cuántica y detección cuántica.

Los hallazgos aparecen en la revista Nature Communications. .