Исследователи из Группы квантовой фотоники Датского Технического университета удивили научный мир данными, в корне меняющими прежние представления. Речь идет о световом излучении твердотельных фотонных излучателей, так называемых квантовых точек. Новое понимание может оказаться полезным для повышения эффективности квантовых информационных устройств, сообщается на сайте Университета. Статья об эксперименте была опубликована в журнале Nature Physics.

Сегодня можно изготавливать высокоэффективные источники света, которые излучают один фотон (основную единицу света) за раз. Такие излучатели называются квантовыми точками и состоят из тысяч атомов. Вопреки ожиданиям, отраженным в этом термине, квантовые точки нельзя описать как точечный источник света, что приводит нас к удивительному выводу: квантовые точки не являются точками.

Это новое представление появилось в результате экспериментальной записи фотонной эмиссии от квантовых точек, расположенных вблизи металлического зеркала. Точечные источники света имеют те же свойства, независимо от того, перевернуты они или нет; то же свойство ожидалось от квантовых точек. Однако, базовая симметрия нарушилась: ученые наблюдали четкую зависимость фотонного излучения от расположения квантовых точек.

Данные эксперимента прекрасно согласовываются с новой теорией взаимодействия света и материи, разработанной учеными Датского технического университета, которые сотрудничали с Андерсом Соренсеном (Anders S. Sorensen) из Института Нильса Бора. Эта теория учитывает пространственную протяженность квантовых точек.

На зеркальной металлической поверхности имеются высокоограниченные колебания, так называемые плазмоны. Плазмоника сегодня являет собой востребованную и многообещающую сферу исследований, а высокая плотность заряжания фотонов, доступная в плазмонике, может найти применение в квантовой теории информации и сборе солнечной энергии. Высокая плотность заряжания плазмонов также подразумевает, что излучение фотонов от квантовых точек может сильно изменяться и квантовые точки могут возбуждать плазмоны с очень большой вероятностью.

Представленная работа демонстрирует, что возбуждение плазмонов может оказаться более эффективным, чем считалось ранее. Таким образом, тот факт, что квантовые точки распространяются на поверхностях, превышающих атомные измерения, означает, что они могут более эффективно взаимодействовать с плазмонами.

Работа подготовит почву для новых нанофотонных устройств, которые будут использовать пространственную протяженность квантовых точек как новый ресурс. Ожидается, что, кроме плазмоники, новый эффект сыграет важную роль в таких областях, как фотонные кристаллы, квантовая электродинамика полости и сбор световой энергии.