Una nueva clase de puntos cuánticos ofrece un flujo estable de puntos únicos, fotones infrarrojos espectralmente sintonizables en condiciones ambientales y a temperatura ambiente, a diferencia de otros emisores de fotones únicos. Este avance abre una gama de aplicaciones prácticas, incluida la comunicación cuántica, metrología cuántica, diagnóstico e imágenes médicas, y etiquetado clandestino.

"La demostración de alta pureza de un solo fotón en el infrarrojo tiene una utilidad inmediata en áreas como la distribución de claves cuánticas para una comunicación segura, "dijo Victor Klimov, autor principal de un artículo publicado hoy en Nanotecnología de la naturaleza por científicos del Laboratorio Nacional de Los Alamos.

El equipo de Los Alamos ha desarrollado un enfoque elegante para sintetizar las estructuras de nanopartículas coloidales derivadas de su trabajo anterior en emisores de luz visible basados ​​en un núcleo de seleniuro de cadmio encerrado en una capa de sulfuro de cadmio. Al insertar una capa intermedia de sulfuro de mercurio en la interfaz núcleo / capa, el equipo convirtió los puntos cuánticos en emisores de luz infrarroja altamente eficientes que se pueden sintonizar en una longitud de onda específica.

"Esta nueva síntesis permite una alta precisión, control a nivel atómico del espesor de la capa intermedia de sulfuro de mercurio emisor. Cambiándolo en incrementos de una sola capa atómica, podemos sintonizar la longitud de onda de la luz emitida en saltos cuantificados discretos, y ajústelo aún más de una manera más continua ajustando el tamaño del núcleo de seleniuro de cadmio, "dijo Vladimir Sayevich, el químico principal de este proyecto.

Muy superior a los puntos cuánticos del infrarrojo cercano existentes, estas nuevas estructuras muestran una emisión "sin parpadeo" a un nivel de un solo punto, pureza de fotón único casi perfecta a temperatura ambiente (que produce "luz cuántica"), y tasas de emisión rápidas. Se comportan muy bien con excitación óptica y eléctrica.

Los fotones individuales se pueden utilizar como qubits en la computación cuántica. En una aplicación de ciberseguridad, los fotones individuales pueden proteger una red informática a través de la distribución de claves cuánticas, que proporciona la máxima seguridad a través de protocolos cuánticos "irrompibles".

La bioimagen es otra aplicación importante. La longitud de onda de emisión de los puntos cuánticos recientemente desarrollados se encuentra dentro de la ventana de bio-transparencia del infrarrojo cercano, lo que los hace muy adecuados para la obtención de imágenes de tejidos profundos.

La gente no puede ver la luz infrarroja pero muchas tecnologías modernas se basan en él, desde dispositivos de visión nocturna y teledetección hasta telecomunicaciones e imágenes biomédicas. La luz infrarroja también juega un papel importante en las tecnologías cuánticas emergentes que se basan en la dualidad de las partículas de luz. o fotones, que también puede comportarse como ondas. La explotación de esta propiedad cuántica requiere fuentes de "luz cuántica" que emiten luz en forma de cuantos individuales, o fotones.

"También hay un elemento químico genial para lograr la precisión de una sola capa atómica al hacer estos puntos, "dijo Zack Robinson, el miembro del proyecto se centra en la espectroscopia de puntos cuánticos. "El grosor de la capa intermedia de sulfuro de mercurio emisor es idéntico en todos los puntos de las muestras. Eso es muy singular, especialmente para un material elaborado químicamente en un vaso de precipitados ".

Klimov agregado, "Sin embargo, Este es sólo el primer paso. Para aprovechar al máximo la 'luz cuántica', es necesario lograr la indistinguibilidad de fotones, es decir, para asegurarse de que todos los fotones emitidos sean idénticos desde el punto de vista mecánico-cuántico. Esta es una tarea extremadamente difícil, que abordaremos a continuación en nuestro proyecto ".