نقاط کوانتومی نقطه نیستند

پژوهشگرانی از مرکز فوتونیک DTU با همکاری دانشگاه کوپنهاگ با کشف این نکته که گسیل نور از گسیلنده‌های فوتون حالت جامد، که به نقاط کوانتومی معروف هستند، به طور بنیادی از چیزی که تاکنون تصور می‌شد، متفاوت است، دنیای علم را متعجب ساختند. این بینش جدید می‌تواند کاربردهای مهمی در راستای بهبود کارآیی افزاره‌های اطلاعات کوانتومی داشته باشد.

پژوهشگرانی از مرکز فوتونیک DTU با همکاری
دانشگاه کوپنهاگ با کشف این نکته که گسیل نور از گسیلنده‌های فوتون حالت
جامد، که به نقاط کوانتومی معروف هستند، به طور بنیادی از چیزی که تاکنون
تصور می‌شد، متفاوت است، دنیای علم را متعجب ساختند. این بینش جدید می‌تواند
کاربردهای مهمی در راستای بهبود کارآیی افزاره‌های اطلاعات کوانتومی داشته
باشد.

امروزه امکان ساخت و یکپارچه‌سازی چشمه‌های نوری بسیار کارآمدی که قادر به
گسیل فوتون‌های منفرد (واحد بنیادی نور) در هر زمان هستند، وجود دارد. چنین
گسیلنده‌هایی از هزاران اتم تشکیل شده‌اند و نقاط کوانتومی نامیده می‌شوند.
علی رغم انتظاراتی که از اسم آنها می‌رود، نقاط کوانتومی به عنوان چشمه‌های
نقطه‌ای قابل توجیه نیستند و این نتیجه جالب بدست می‌آید که: نقاط کوانتومی
نقطه نیستند.
 

نقاط کوانتومی، “اتم‌های مصنوعی” حالت جامدی هستند که از جاسازی هزاران اتم (کره‌های
زرد رنگ) در یک نیمه‌رسانا (کره‌های آبی رنگ) ساخته می‌شوند.
این بینش جدید از ثبت آزمایشگاهی گسیل
فوتونی نقاط کوانتومی، که در نزدیکی یک آینه فلزی قرار داشتند، بدست آمد.
خواص چشمه‌های نقطه‌ای نور وقتی که سروته می‌شوند، عوض نمی‌شود و انتظار
داریم که نقاط کوانتومی نیز همین‌طور باشند. با اینحال، در آزمایش‌های
انجام شده توسط این پژوهشگران معلوم شده است که این تقارن بنیادی نقض می‌شود،
زیرا در آنها وابستگی بسیار عمیق این گسیل فوتونی به جهت‌گیری این نقاط
کوانتومی مشاهده شد.

این یافته‌های تجربی دارای توافق بسیار خوبی با نظریه جدید نور هستند. این
نظریه، اندازه فضایی نقاط کوانتومی را نیز به حساب می‌آورد. در سطح این
آینه فلزی، مدهای سطحی نوری بسیار محبوسی، که پلاسمون نامیده می‌شوند، وجود
دارند. محبوس‌شدگی قوی پلاسمون‌ها باعث می‌شود که گسیل فوتونی از نقط
کوانتومی بشدت قابل تغییر باشد و این نقاط کوانتومی بتوانند پلاسمون‌ها را
با یک احتمال بسیار زیاد تحریک کنند.

پژوهش حاضر نشان می‌دهد که تحریک پلاسمون‌ها می‌تواند بسیار کارآمدتر از
آنچه تصور می‌شد، باشد. بنابراین، این حقیقت که نقاط کوانتومی در مساحت‌هایی
که بسیار بزرگ‌تر از ابعاد اتمی هستند، گسترده شده‌اند؛ باعث خواهد شد که
برهم‌کنش بسیار شدیدی با پلاسمون‌ها داشته باشند.

این کار پژوهشی ممکن است راه را برای ساخت نانوافزاره‌های فوتونیکی جدیدی
هموار کند که از وسعت فضایی نقاط کوانتومی بعنوان یک چشمه نوری جدید بهره
می‌برند.

جزئیات نتایج این پژوهش در مجله‌ی Nature Physics منتشر شده است.