fotoni, particelle fondamentali di luce, stanno portando queste parole ai tuoi occhi attraverso la luce dello schermo del tuo computer o del tuo telefono. I fotoni giocano un ruolo chiave nella tecnologia dell'informazione quantistica di prossima generazione, come l'informatica quantistica e le comunicazioni. Un emettitore quantico, in grado di produrre un unico, fotone puro, è il punto cruciale di tale tecnologia, ma ha molti problemi che devono ancora essere risolti, secondo i ricercatori KAIST.

Un team di ricerca guidato dal professor Yong-Hoon Cho ha sviluppato una tecnica in grado di isolare l'emettitore della qualità desiderata riducendo il rumore che circonda il bersaglio con quello che hanno soprannominato un "punto di messa a fuoco su scala nanometrica". ACS Nano .

"Il focus pinspot su nanoscala è una tecnica strutturalmente non distruttiva con un fascio ionico a dose estremamente bassa ed è generalmente applicabile a varie piattaforme per migliorare la loro purezza a singolo fotone pur mantenendo le strutture fotoniche integrate, ", ha affermato l'autore principale Yong-Hoon Cho del Dipartimento di Fisica del KAIST.

Per produrre singoli fotoni da materiali allo stato solido, i ricercatori hanno utilizzato punti quantici semiconduttori a banda larga, nanoparticelle fabbricate con proprietà potenziali specializzate, come la capacità di iniettare direttamente corrente in un piccolo chip e di operare a temperatura ambiente per applicazioni pratiche. Creando un punto quantico in una struttura fotonica che propaga la luce, e poi irradiandolo con ioni di elio, i ricercatori hanno teorizzato di poter sviluppare un emettitore quantistico in grado di ridurre lo sfondo rumoroso indesiderato e produrre un singolo, fotone puro su richiesta.

Il professor Cho ha spiegato, "Nonostante la sua alta risoluzione e versatilità, un fascio di ioni focalizzato in genere sopprime le proprietà ottiche intorno all'area bombardata a causa dell'elevata quantità di moto del fascio di ioni accelerato. Ci siamo soffermati sul fatto che, se il fascio ionico focalizzato è ben controllato, solo il rumore di fondo può essere spento selettivamente con un'elevata risoluzione spaziale senza distruggere la struttura."

In altre parole, i ricercatori hanno concentrato il raggio ionico su una semplice puntura di spillo, tagliando efficacemente le interazioni attorno al punto quantico e rimuovendo le proprietà fisiche che potrebbero interagire negativamente e degradare la purezza del fotone emesso dal punto quantico.

"È la prima tecnica sviluppata in grado di spegnere il rumore di fondo senza modificare le proprietà ottiche dell'emettitore quantistico e la struttura fotonica incorporata, " ha affermato il professor Cho.

Il professor Cho lo ha confrontato con la microscopia a deplezione di emissione stimolata, una tecnica utilizzata per diminuire la luce intorno all'area di messa a fuoco, ma lasciando il punto focale illuminato. Il risultato è una maggiore risoluzione del target visivo desiderato.

"Regolando la regione irradiata dal fascio di ioni focalizzato, possiamo selezionare l'emettitore target con risoluzione su scala nanometrica spegnendo l'emettitore circostante, Il professor Cho ha detto. "Questa tecnica di spegnimento selettivo su nanoscala può essere applicata a vari materiali e piattaforme strutturali e ulteriormente estesa per applicazioni come memoria ottica e micro display ad alta risoluzione". La National Research Foundation della Corea e la Samsung Science and Technology Foundation hanno supportato questo lavoro.