Foto-emissores animados podem cooperar e irradiar simultaneamente, um fenômeno denominado superfluorescência. Pesquisadores da Empa e ETH Zurich, junto com colegas da IBM Research Zurich, recentemente foram capazes de criar esse efeito com superredes nanocristais ordenadas de longo alcance. Esta descoberta pode permitir desenvolvimentos futuros em iluminação LED, sensoriamento quântico, comunicação quântica e computação quântica do futuro. O estudo acaba de ser publicado na renomada revista Natureza .

Alguns materiais emitem luz espontaneamente se forem excitados por uma fonte externa, por exemplo, um laser. Este fenômeno é conhecido como fluorescência. Contudo, em vários gases e sistemas quânticos pode ocorrer uma emissão muito mais forte de luz, quando os emissores dentro de um conjunto sincronizam espontaneamente sua fase mecânica quântica entre si e agem juntos quando excitados. Desta maneira, a saída de luz resultante pode ser muito mais intensa do que a soma dos emissores individuais, levando a uma emissão de luz ultrarrápida e brilhante - superfluorescência. Só ocorre, Contudo, quando esses emissores atendem a requisitos rigorosos, como ter a mesma energia de emissão, alta força de acoplamento ao campo de luz e um longo tempo de coerência. Como tal, eles estão interagindo fortemente uns com os outros, mas ao mesmo tempo não são facilmente perturbados pelo ambiente. Isso não foi possível até agora com materiais tecnologicamente relevantes. Os pontos quânticos coloidais podem ser apenas o bilhete; eles são comprovados, solução comercialmente atraente já empregada nos mais avançados monitores de televisão LCD - e eles atendem a todos os requisitos.

Pesquisadores da Empa e ETH Zurich, liderado por Maksym Kovalenko, junto com colegas da IBM Research Zurich, agora mostraram que a geração mais recente de pontos quânticos feitos de perovskitas de haleto de chumbo oferece um caminho elegante e prático para superfluorescência sob demanda. Por esta, os pesquisadores organizaram pontos quânticos de perovskita em uma superrede tridimensional, que permite a emissão coletiva coerente de fótons - criando assim a superfluorescência. Isso fornece a base para fontes de estados de multi-fótons emaranhados, um recurso chave que falta para a detecção quântica, imagem quântica e computação quântica fotônica.

"Pássaros da mesma pena voam juntos"

Um acoplamento coerente entre os pontos quânticos requer, Contudo, que todos tenham o mesmo tamanho, forma e composição porque "pássaros da mesma pena voam juntos" no universo quântico, também. "Essas superredes ordenadas de longo alcance só poderiam ser obtidas a partir de uma solução altamente monodispersa de pontos quânticos, cuja síntese foi cuidadosamente otimizada nos últimos anos, "disse Maryna Bodnarchuk, um cientista sênior da Empa. Com esses pontos quânticos "uniformes" de vários tamanhos, a equipe de pesquisa poderia então formar superredes controlando adequadamente a evaporação do solvente.

A prova final da superfluorescência veio de experimentos ópticos realizados em temperaturas de cerca de 267 graus Celsius negativos. Os pesquisadores descobriram que fótons foram emitidos simultaneamente em uma explosão brilhante:"Este foi o nosso momento 'Eureka!'. No momento em que percebemos que esta era uma nova fonte de luz quântica, "disse Gabriele Rainó da ETH Zurique e Empa que fez parte da equipe que realizou os experimentos ópticos.

Os pesquisadores consideram esses experimentos como um ponto de partida para explorar ainda mais os fenômenos quânticos coletivos com esta classe única de material. "Como as propriedades do conjunto podem ser aumentadas em comparação com apenas a soma de suas partes, pode-se ir muito além da engenharia dos pontos quânticos individuais, "acrescentou Michael Becker da ETH Zurich e da IBM Research. A geração controlada de superfluorescência e a luz quântica correspondente podem abrir novas possibilidades na iluminação LED, sensoriamento quântico, comunicação criptografada quântica e computação quântica futura.