Nanotecnologia

Nanolanterna emite um fóton de cada vez para múltiplas aplicações

Nanolanterna emite um fóton de cada vez para múltiplas aplicações
As nanolanternas de fóton único terão uma ampla gama de aplicação porque funcionam a temperatura ambiente.[Imagem: LANL]

Nanolanterna

Pesquisadores do Laboratório Nacional Los Alamos, nos EUA, fabricaram o primeiro material capaz de emitir fótons individuais a temperatura ambiente e em comprimentos de onda usados nas telecomunicações.

É a menor lanterna já construída, com diferença que, em vez de emitir um feixe de luz, ela dispara um único fóton de cada vez - e é possível controlar a cor da luz emitida.

"Até agora, os materiais que poderiam atuar como emissores de fótons únicos nesses comprimentos de onda tinham de ser resfriados a temperaturas do hélio líquido, tornando-os muito menos úteis para aplicações finais ou fins científicos," disse o professor Stephen Doorn.

Entre as utilizações imediatas estão o processamento de informações quânticas e a segurança da informação, mas as nanolanternas também poderão ser usadas como sensores ultrassensíveis, câmeras capazes de enxergar no escuro, na metrologia, como bits para processadores fotônicos e em uma série de outras tecnologias emergentes.

Nanotubos funcionalizados

Um avanço essencial neste trabalho foi a capacidade de forçar um nanotubo de carbono a emitir luz a partir de um único ponto ao longo do tubo. Já se sabia que era possível forçar os nanotubos a emitir luz inserindo defeitos em sua estrutura, mas os processos de fabricação geravam defeitos demais. A chave foi limitar os níveis de defeito para um por tubo - um tubo, um defeito, um fóton.

Quando a luz é emitida apenas um fóton de cada vez é possível controlar as propriedades quânticas dos fótons, de forma a usá-los para armazenamento, manipulação ou transmissão de informações.

Cada nanolanterna nasce quando o nanotubo é tratado com sais de diazônio, um composto orgânico que insere defeitos à base de benzeno. Ajustando-se o diâmetro do nanotubo ao diâmetro dessas moléculas dopantes, tornou-se possível emitir fótons com o mesmo comprimento de onda da luz usada hoje nas comunicações por fibras ópticas.

A equipe afirma que suas nanolanternas de fótons individuais têm perspectivas significativas para um maior desenvolvimento, incluindo avanços na química de funcionalização, permitindo um melhor ajuste da luz emitida.

Além disso, eles poderão ser integrados em estruturas fotônicas, plasmônicas e até em metamateriais, permitindo várias formas de controle das propriedades da emissão quântica. Finalmente, a expectativa é que eles sejam implementados em aparelhos elétricos e circuitos ópticos práticos.

Bibliografia:

Tunable Room-Temperature Single-Photon Emission at Telecom Wavelengths from sp3 Defects in Carbon Nanotubes
Xiaowei He, Nicolai F. Hartmann, Xuedan Ma, Younghee Kim, Rachelle Ihly, Jeffrey L. Blackburn, Weilu Gao, Junichiro Kono, Yohei Yomogida, Atsushi Hirano, Takeshi Tanaka, Hiromichi Kataura, Han Htoon, Stephen K. Doorn
Nature Photonics
DOI: 10.1038/nphoton.2017.119




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