Uma nova classe de pontos quânticos oferece um fluxo estável de fótons infravermelhos espectralmente sintonizáveis ​​em condições ambientais e à temperatura ambiente, ao contrário de outros emissores de fóton único. Esta descoberta abre uma gama de aplicações práticas, incluindo comunicação quântica, metrologia quântica, imagens e diagnósticos médicos, e rotulagem clandestina.

"A demonstração de alta pureza de fóton único no infravermelho tem utilidade imediata em áreas como distribuição de chave quântica para comunicação segura, "disse Victor Klimov, autor principal de um artigo publicado hoje em Nature Nanotechnology por cientistas do Laboratório Nacional de Los Alamos.

A equipe de Los Alamos desenvolveu uma abordagem elegante para sintetizar as estruturas de nanopartículas coloidais derivadas de seu trabalho anterior em emissores de luz visível com base em um núcleo de seleneto de cádmio envolto em uma concha de sulfeto de cádmio. Ao inserir uma camada intermediária de sulfeto de mercúrio na interface núcleo / casca, a equipe transformou os pontos quânticos em emissores altamente eficientes de luz infravermelha que podem ser sintonizados em um comprimento de onda específico.

"Esta nova síntese permite alta precisão, controle em nível atômico da espessura da camada intermediária de emissão de sulfeto de mercúrio. Ao alterá-lo em incrementos de uma única camada atômica, podemos ajustar o comprimento de onda da luz emitida em saltos quantizados discretos, e ajustá-lo ainda mais de forma mais contínua, ajustando o tamanho do núcleo de seleneto de cádmio, "disse Vladimir Sayevich, o químico líder neste projeto.

Muito superior aos pontos quânticos infravermelhos existentes, essas novas estruturas mostram emissão "sem piscar" em um nível de ponto único, pureza de fóton único quase perfeita em temperatura ambiente (que produz "luz quântica"), e taxas de emissão rápidas. Eles se comportam extremamente bem com excitação óptica e elétrica.

Fótons únicos podem ser usados ​​como qubits na computação quântica. Em um aplicativo de segurança cibernética, fótons únicos podem proteger uma rede de computadores por meio da distribuição quântica de chaves, que fornece segurança máxima por meio de protocolos quânticos "inquebráveis".

A bioimagem é outra aplicação importante. O comprimento de onda de emissão dos pontos quânticos recém-desenvolvidos está dentro da janela de bio-transparência do infravermelho próximo, o que os torna adequados para imagens de tecidos profundos.

As pessoas não podem ver a luz infravermelha, mas muitas tecnologias modernas dependem dele, de dispositivos de visão noturna e sensoriamento remoto a telecomunicações e imagens biomédicas. A luz infravermelha também é um grande jogador nas tecnologias quânticas emergentes que contam com a dualidade das partículas de luz, ou fótons, que também podem se comportar como ondas. Explorar essa propriedade quântica requer fontes de "luz quântica" que emitem luz na forma de quanta individuais, ou fótons.

"Há também um elemento químico legal para alcançar a precisão de camada atômica única ao fazer esses pontos, "disse Zack Robinson, o membro do projeto se concentra em espectroscopia de pontos quânticos. "A espessura da camada intermediária de emissão de sulfeto de mercúrio é idêntica em todos os pontos nas amostras. Isso é muito original, especialmente para um material feito quimicamente em um copo. "

Klimov acrescentou, "Contudo, Este é apenas o primeiro passo. A fim de tirar o máximo proveito da 'luz quântica', é necessário atingir a indistinguibilidade dos fótons, isso é, para se certificar de que todos os fótons emitidos são idênticos mecanicamente quântico. Esta é uma tarefa extremamente difícil, que abordaremos a seguir em nosso projeto. "