Исследователи из Саутгемптонского университета и Имперского колледжа Лондона обнаружили, что квантовые ямы, двумерные наноструктуры, образованные из нескольких слоев полупроводниковых сплавов, расположенных друг над другом, как сэндвич, могут усиливать световое излучение в технологически сложном спектральном диапазоне.Есть надежда, что полученные данные повлияют на фотонные и оптоэлектронные устройства в широком спектре приложений, включая безопасную медицинскую визуализацию и сканирование в целях безопасности.Электроны захвачены в структуре, и это ограничение может быть использовано для увеличения их способности взаимодействовать со светом на заданных частотах, намного меньших, чем частота лазера, на котором они возбуждаются: система излучает свет, взаимодействуя с «вакуумными флуктуациями», пронизывающими пространство, согласно квантовой теории.
Натан Шамма из университетской группы Quantum Light and Matter (QLM) и соавтор исследования говорит: «Поскольку 2D-наноструктуры могут быть изготовлены с асимметричной конструкцией, это позволяет свету взаимодействовать с захваченными электронами способом, который не является в противном случае разрешено. Этот процесс взаимодействия, приводящий к излучению света на более низких частотах, не наблюдался в атомах, потому что это очень симметричные системы, и правила симметрии предотвращают переходы, которые вызывают это излучение света ».В статье, опубликованной в Physical Review B, исследователи предсказывают, что, направляя свет на двумерную асимметричную наноструктуру с помощью лазера, настроенного в резонанс с электронными переходами, которые могут происходить в наноструктуре, в дополнение к рассеянному лазерному свету , это 2D-устройство будет излучать свет на других частотах, которые можно настроить, просто изменив мощность лазера.
Натан, который является соавтором статьи с доктором Симоной Де Либерато из группы QLM и профессором Крисом Филлипсом из Имперского колледжа Лондона, добавляет: «Из-за большого колеблющегося диполя и высокой плотности электронов, которые характеризуют эти« искусственные атомы », образовались В случае асимметричных 2D-структур контроль взаимодействия света с веществом может быть значительно усилен, вызывая спонтанное излучение света, подобное тому, что происходит в светодиодных лампах.«Этот новый механизм идеально подходит для терагерцового диапазона частот, который простирается от выше текущей полосы пропускания Wi-Fi до ниже видимого спектра света, где отсутствие практичных излучателей света составляет серьезный технологический пробел».
Высокая эффективность, продемонстрированная моделированием, предполагает, что этот теоретический результат может быть использован в ближайшем будущем для широкого спектра оптоэлектронных приложений — от безвредных медицинских изображений и сканеров безопасности до сверхбыстрой беспроводной связи малого радиуса действия.