Nanotecnologia

Caligrafia quântica escreve nanolanternas que emitem um fóton de cada vez

Caligrafia quântica escreve nanolanternas que emitem um fóton de cada vez
(a) A ponta do microscópio AFM cria depressões na estrutura semicondutor/polímero para gerar uma tensão local. (b) Emissão de fóton único padronizado formando as siglas dos laboratórios envolvidos na pesquisa. (c) As depressões produzem "ornamentos" de emissores de fótons individuais em uma "árvore de Natal".[Imagem: NRL]

Emissores de fótons únicos

Fontes quânticas de luz são "lâmpadas" capazes de emitir um fóton de cada vez.

Esses emissores de fótons únicos, ou emissores quânticos, são componentes-chave em uma ampla gama de tecnologias emergentes, incluindo a computação quântica, a fotônica, comunicações seguras, sensores, metrologia etc.

É claro que não é fácil construir essas nanolanternas, por isso não deixa de ser surpreendente a técnica desenvolvida por Matthew Rosenberger e seus colegas do Laboratório de Pesquisas Navais, nos EUA.

Caligrafia quântica

Rosenberger batizou sua criação de "caligrafia quântica", uma técnica que permite depositar as fontes de fótons individuais como se aplica a tinta de uma caneta sobre um papel.

Em lugar do papel, foi usada uma camada monoatômica do semicondutor disseleneto de tungstênio (WSe2) depositada sobre um filme de polímero.

Em lugar da caneta, foi usada a ponta de um microscópio de força atômica, que vai criando depressões na camada semicondutora, formando a "escrita quântica". Cada depressão é suficiente para criar o estado emissor de fótons individuais, com a estrutura sendo muito parecida com os pontos quânticos usados nas telas de TV mais modernas.

Medições correlacionadas no tempo dessas emissões de luz confirmaram a natureza de fótons individuais desses estados. Os emissores são brilhantes, produzindo altas taxas de fótons únicos e espectralmente estáveis, tornando-os adequados para a maioria das tecnologias quânticas emergentes.

"Esta caligrafia quântica permite a colocação determinística e o design em tempo real de padrões arbitrários de emissores de fótons únicos para acoplamento fácil com guias de ondas fotônicos, cavidades e estruturas plasmônicas," disse o professor Berend Jonker, coordenador da equipe. "Nossos resultados também indicam que uma abordagem de nanoimpressão será eficaz na criação de grandes matrizes ou padrões de emissores quânticos para a fabricação em escala wafer de sistemas fotônicos quânticos".

Bibliografia:

Quantum Calligraphy: Writing Single-Photon Emitters in a Two-Dimensional Materials Platform
Matthew R. Rosenberger, Chandriker Kavir Dass, Hsun-Jen Chuang, Saujan V. Sivaram, Kathleen M. McCreary, Joshua R. Hendrickson, Berend T. Jonker
ACS Nano
Vol.: 13 (1), pp 904-912
DOI: 10.1021/acsnano.8b08730




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