p Os cientistas moveram as redes ópticas quânticas um passo mais perto da realidade. A capacidade de controlar com precisão as interações de luz e matéria em nanoescala poderia ajudar essa rede a transmitir grandes quantidades de dados com mais rapidez e segurança do que uma rede elétrica. p Uma equipe de pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), a University of Chicago e a Northwestern University superaram com sucesso os desafios significativos de medir como as nanoplacas, que consistem em camadas bidimensionais de seleneto de cádmio, interagir com a luz em três dimensões. Avanços nesta área podem aprimorar a operação de redes ópticas quânticas.

p "A fim de integrar nanoplacas em, dizer, dispositivos fotônicos, temos que entender como eles interagem com a luz ou como emitem luz, "observou Xuedan Ma, nanocientista do Center for Nanoscale Materials (CNM), um DOE Office of Science User Facility em Argonne. Ma e seis co-autores publicaram suas descobertas em Nano Letras em um artigo intitulado "Fotoluminescência anisotrópica de dipolos de transição óptica isotrópica em nanoplacas semicondutoras."

p "Em última análise, o projeto visa as propriedades ópticas exclusivas dos materiais quânticos e o fato de que eles emitem fótons individuais, "disse Gary Wiederrecht, um coautor que também lidera o grupo de nanofotônica e estruturas biofuncionais do CNM. "Você tem que ser capaz de integrar o emissor quântico com as redes ópticas."

p Fontes de fóton único como essas são necessárias para aplicações em comunicações quânticas de longa distância e processamento de informações. Essas fontes, que serviriam como portadores de sinal em redes ópticas quânticas, emitem luz como fótons únicos (partículas de luz). Fótons únicos são ideais para muitas aplicações da ciência da informação quântica porque viajam na velocidade da luz e perdem pouco impulso em longas distâncias.

p As nanoplacas formam entidades semelhantes a partículas subatômicas chamadas excitons quando absorvem luz. A dimensão vertical das nanoplacas é onde os excitons sofrem confinamento quântico, um fenômeno que determina seus níveis de energia e divide os elétrons em níveis de energia discretos.

p Algumas das nanoplacas para esta pesquisa, que têm espessura notavelmente uniforme, foram sintetizados no laboratório do professor de química Dmitri Talapin da Universidade de Chicago. Talapin é outro co-autor do artigo e tem um encontro conjunto com Argonne.

p "Eles têm controle preciso do nível atômico da espessura das nanoplacas, "Ma disse do grupo de pesquisa de Talapin.

p As nanoplacas têm aproximadamente 1,2 nanômetros de espessura (abrangendo quatro camadas de átomos) e entre 10 e 40 nanômetros de largura. Um pedaço de papel seria mais grosso do que uma pilha de mais de 40, 000 nanoplacas. Isso torna mais difícil medir as interações do material com a luz em três dimensões.

p Ma e seus colegas foram capazes de enganar o material de nanoplacas bidimensional para revelar como eles interagem com a luz em três dimensões por meio da preparação especial de amostras e recursos de análise disponíveis no CNM.

p O momento dipolar de transição é um parâmetro tridimensional importante que opera em semicondutores e moléculas orgânicas. "Isso define, basicamente, como a molécula ou o semicondutor interage com a luz externa, "Ma disse.

p Mas o componente vertical do dipolo de transição é difícil de medir em um material tão plano quanto as nanoplacas semicondutoras. Os pesquisadores resolveram essa dificuldade usando as ferramentas de gravação a seco da sala limpa de nanofabricação do CNM para tornar as lâminas de vidro planas sobre as quais as nanoplacas são colocadas para exame minucioso por meio de varredura a laser e microscopia.

p "A rugosidade não é tão grande a ponto de distorcer um feixe de laser, mas o suficiente para introduzir distribuições aleatórias das nanoplacas, "Ma explicou. As orientações aleatórias das nanoplacas permitiram aos pesquisadores avaliar as propriedades dipolo tridimensionais do material por métodos ópticos especiais para criar um feixe de laser em forma de donut dentro de um microscópio óptico exclusivo no CNM.

p O próximo passo da equipe é integrar os materiais das nanoplacas com dispositivos fotônicos para transmissão e processamento de informações quânticas. “Já estamos avançando nessa direção, "Ma disse.