Cientistas Alcançam Superfluorescência Controlada com Super-redes de Nanocristais de Perovskita de Haleto de Chumbo

Visão Geral

• Para obter superfluorescência sob demanda, pesquisadores usaram pontos quânticos feitos de perovskitas de haleto de chumbo.
• Realizaram experimentos ópticos a -267°C, que deram a evidência final de superfluorescência.

Alguns materiais têm tendência a emitir luz continuamente quando excitados por um laser ou outra fonte externa. Este mecanismo é chamado fluorescência. No entanto, em muitos sistemas quânticos, a tendência de emitir luz espontaneamente é muito mais forte.

Quando tais sistemas são excitados por uma fonte externa, sincronizam sua fase mecânica quântica uns com os outros, resultando em uma saída muito mais intensa (na forma de luz) do que os emissores individuais combinados. Isso leva a uma emissão de luz brilhante e ultrarrápida, ou seja, superfluorescência.

No entanto, isso só acontece quando emissores atendem requisitos específicos, por exemplo, devem ter alta força de acoplamento com campo de luz, tempo de coerência maior, e mesma energia de emissão. Também devem ser capazes de interagir plenamente uns com os outros sem serem perturbados pelo ambiente. Até agora, cientistas não conseguiram alcançar este feito usando milhares de substâncias tecnologicamente relevantes.

Recentemente, pesquisadores da ETH Zurich e Empa criaram este efeito usando super-redes de nanocristais de longo alcance ordenadas. Isso pode pavimentar o caminho para o desenvolvimento de computação quântica, sensoriamento quântico, comunicação quântico-criptografada, bem como iluminação LED.

Referência: Nature | doi:10.1038/s41586-018-0683-0 | Empa

Pontos Quânticos Coloides

Para obter superfluorescência sob demanda, os autores usaram pontos quânticos feitos de perovskitas de haleto de chumbo. Organizaram pontos quânticos de perovskita em uma super-rede 3D, permitindo emissão coerente coletiva de luz (fótons), que cria superfluorescência. É uma emissão dinamicamente deslocada para o vermelho com decaimento radiativo acelerado em mais de 20 vezes.

Para acoplamento coerente, os pontos quânticos devem ter o mesmo tamanho, forma e composição. Uma solução de pontos quânticos extremamente monodispersa é necessária para fazer super-redes de longo alcance ordenadas. Tais soluções foram completamente melhoradas nos últimos anos.

Os autores disseram que manipulando cuidadosamente a evaporação do solvente, poderiam produzir super-redes, usando pontos quânticos uniformes de tamanhos variados. No geral, oferece a base para recursos de fases multi-fóton entrelaçadas – uma fonte faltante para computação quântica fotônica, imagem quântica e sensoriamento.

Os pesquisadores realizaram experimentos ópticos em temperaturas extremamente baixas, quase -267°C, que deram a evidência final de superfluorescência. Encontraram que fótons foram ejetados espontaneamente em um burst brilhante – uma nova fonte de luz quântica.

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Estes experimentos ajudarão cientistas a explorar ainda mais fenômenos quânticos coletivos com perovskitas de haleto de chumbo. Como as propriedades deste tipo único de material podem ser ainda aprimoradas, é possível explorar coisas além da engenharia de cada ponto quântico.