گامی به سوی الکترونیک جدید: دانشمندان خصوصیات نقاط کوانتومی را دستکاری می کنند

فن آوری

URL کوتاه دریافت کنید

دانشمندان دانشگاه ملی تحقیقات هسته ای MEPhI (NRNU MEPhI) اولین نفری بودند که افزایش شدت و میزان انتشار نقاط کوانتومی را نشان دادند. به گفته نویسندگان این مطالعه ، این پیشرفت می تواند به حل یکی از مشکلات اساسی در ایجاد رایانه کوانتومی کمک کند و نظارت زیست پزشکی را به سطح جدیدی برساند.

نتایج تحقیق در ژورنال دارای رتبه عالی Optics Express منتشر شده است.

نقاط کوانتومی نانوساختارهای فلورسنتی در ابعاد کم هستند که نویدهایی در زمینه تعامل بین ماده و نور می دهند. آنها قادر به جذب طیف وسیعی از نور هستند و در طیف باریکی از طول موج ، از نور ساطع می شوند ، که بستگی به اندازه نانوکریستال دارد. یعنی ، یک یا یک نقطه کوانتومی دیگر با یک رنگ خاص می درخشد. این ویژگی ها نقاط کوانتومی را برای ثبت چند رنگ اشیای بیولوژیکی بسیار حساس ، و همچنین برای تشخیص پزشکی ، بسیار عالی می کند.

از نقاط کوانتومی می توان در طیف وسیعی از مناطق ، از دستگاه های روشنایی و صفحات خورشیدی گرفته تا کیوبیت برای محاسبات کوانتومی ، استفاده کرد. آنها از نظر مقاومت در برابر نور و درخشندگی بهتر از فسفورهای سنتی هستند. نمایشگرهای کوانتومی دارای روشنایی ، کنتراست و مصرف انرژی کمتری نسبت به سایر فناوریها هستند.

محققان آزمایشگاه مهندسی نانو زیستی (LNBE) از انستیتوی فیزیک مهندسی زیست پزشکی ، NRNU MEPhI ، اولین کسانی هستند که افزایش هم شدت و هم میزان انتشار خود به خود نقاط کوانتومی نیمه هادی در ساختارهای فوتونی مبتنی بر سیلیکون متخلخل را نشان می دهند. .

نتایج مطالعه نشانگر یک رویکرد جدید برای کنترل انتشار لومینسانس خود به خود با تغییر محیط محلی الکترومغناطیسی فسفورها در یک ماتریس متخلخل است ، که چشم اندازهایی برای کاربردهای جدید در بیوسنسینگ ، اپتو الکترونیک ، رمزنگاری و محاسبات کوانتومی باز می کند.

اول از همه ، سیستم های جدید می توانند به عنوان پایه ای برای حسگرهای زیستی فلورسنت فشرده در قالب سنجش سیستم ایمنی وابسته به آنزیم ، که در عمل بالینی گسترده است ، خدمت کنند. استفاده از نقاط کوانتومی با فلورسانس تقویت شده با کریستال فوتونی باعث افزایش چشمگیر در حساسیت آنالیز و تشخیص زودهنگام بیماری می شود ، درصورتی که تعداد نشانگرهای زیستی بیماری در خون بیمار کم باشد. این امر همچنین نظارت بر درمان بیمار را تسهیل می کند.

علاوه بر این ، توسعه می تواند به عنوان پایه ای برای یک عنصر جدید برای رایانه های نوری یا سیستم های رمزنگاری ، جایگزین منابع بزرگ فوتون های منفرد یا عناصر منطقی نوری باشد. علاوه بر جمع و جور بودن و سادگی ، استفاده از سیستم های جدید در این زمینه امکان حل یکی از مشکلات اساسی صنعت را فراهم می آورد: تولید تقاضا شده فوتون های یک یا کوانتومی گرفتار ، که امروزه تقریباً غیرممکن است.

فوتون های درهم پیچیده – یک جفت ذره در حالات کوانتومی همبسته – نقشی اساسی در فیزیک مدرن دارند. بدون جفت های درهم ، پیاده سازی ارتباط کوانتومی و انتقال از راه دور کوانتومی و همچنین ساخت کامپیوترهای کوانتومی متصل به اینترنت کوانتومی تقریباً غیرممکن است. اگر رایانه کوانتومی ایجاد شود ، اصول طیف وسیعی از مناطق – مدل سازی مولکولی ، رمزنگاری ، هوش مصنوعی – می تواند کاملاً تغییر کند.

دانشمندان NRNU MEPhI به دلیل استفاده از اکسیداسیون عمیق کریستالهای فوتونیک ، که باعث سرکوب خاموش شدن لومینسانس و همچنین کاهش اتلاف انرژی برای جذب شده است ، موفق به بدست آوردن نتیجه شده اند.

“برای افزایش درخشندگی چنین ساختارهایی ، روشهای مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد که استفاده از کریستالهای فوتونی مورد توجه خاص است. پاول ساموخوالوف ، محقق LNBE NRNU MEPhI ، گفت: تغییرات دوره ای در ضریب شکست کریستال فوتونی امکان افزایش محلی در تراکم حالتهای فوتونی را فراهم می کند ، به همین دلیل شدت فسفورها و میزان انتشار خود به خود مشاهده می شود.

برای ساخت بلورهای فوتونی از سیلیکون متخلخل استفاده زیادی می شود که به دلیل امکان کنترل دقیق ضریب شکست ، سهولت ساخت و ظرفیت جذب ، با سایر مواد کاملاً متفاوت است.

با این حال ، تاکنون محققان به دلیل خاموش شدن قابل توجه لومینسانس در تماس با سطح سیلیکون ، نتوانسته اند میزان آرامش تابشی فسفرها را در بلورهای فوتونیک سیلیکون متخلخل افزایش دهند.