Новое исследование ученых Института Нильса Бора позволяет создавать более быстрые источники света, основываясь на квантовых принципах, предсказанных еще в 1954 году. Работа датских физиков опубликована в журнале Physical Review Letters, сообщает Phys.org.
Все источники света поглощают энергию, например, из электрического напряжения, — и выделяют ее в виде света. Но энергия может рассеиваться как тепло. Сверхбыстрые источники света можно использовать, например, в лазерах, светодиодах и в однофотонных лампах.
Исследователи Института Нильса Бора работают с квантовыми точками, чем-то вроде искусственных атомов, которые можно разместить на оптических микрочипах. В квантовой точке электрон можно возбудить с помощью света лазера, и тогда он оставит «дыру». Чем сильнее взаимодействие между светом и материей, тем быстрее электрон вернется обратно в дыру и тем быстрее произойдет излучение света.
Новые молекулярные «лампочки» светят больше часа
Идеи
Но взаимодействие между светом и материей очень слабое, поэтому источники света медленно испускают свет, что сокращает энергетическую эффективность. Еще в 1954 году физик Роберт Дикке установил, что взаимодействие света и материи может быть повышено с помощью числа атомов, которые «делят» между собой возбужденное состояние в квантовой суперпозиции.
Датчане смоли добиться этого эффекта, но в совершенно иной физической системе, нежели предполагал Дикке. Они показали так называемую суперлюминисценцию фотонов, излучаемых единственной квантовой точкой.
«Мы разработали квантовую точку, которая ведет себя так, будто состоит из пяти квантовых точек, то есть свет тоже в пять раз сильнее. Это стало возможным благодаря притяжению между электронами и дырой. Но особенность в том, что квантовая точка все равно испускает один фотон за раз. Это невероятный однофотонный источник, — говорит руководитель исследования, профессор Сорен Стоббе.
По его словам, только температура, которая в эксперименте была лишь на несколько градусов выше абсолютного нуля, ограничивает скорость эмиссии света. В будущих экспериментах они изучат поведения квантовых точек при еще более низких температурах, и эффект может получиться еще более впечатляющим.