Ilmuwan Capai Superfluoresensi Terkontrol dengan Superlattis Nanokristal Perovskit Besi Halida

• Untuk mendapatkan superfluoresensi sesuai permintaan, peneliti menggunakan titik kuantum yang terbuat dari perovskit besi halida.
• Mereka melakukan eksperimen optik pada -267°C, yang memberikan bukti akhir superfluoresensi.

Beberapa material memiliki kecenderungan untuk terus memancarkan cahaya ketika dieksitasi oleh laser atau sumber eksternal lainnya. Mekanisme ini disebut fluoresensi. Namun, dalam banyak sistem kuantum, kecenderungan untuk secara spontan memancarkan cahaya jauh lebih kuat.

Ketika sistem seperti itu dieksitasi oleh sumber eksternal, mereka menyelaraskan fase mekanika kuantum mereka satu sama lain, yang menghasilkan output yang jauh lebih intens (dalam bentuk cahaya) daripada gabungan emiter individual. Ini mengarah pada emisi cahaya yang cerah dan ultrafast, yaitu superfluoresensi.

Namun, ini hanya terjadi ketika emiter memenuhi persyaratan tertentu, misalnya, mereka harus memiliki kekuatan kopling yang tinggi dengan medan cahaya, waktu koherensi yang lebih lama, dan energi emisi yang sama. Juga, mereka harus mampu berinteraksi sepenuhnya satu sama lain tanpa terganggu oleh lingkungan sekitarnya. Sampai saat ini, ilmuwan belum berhasil mencapai prestasi ini dengan menggunakan ribuan bahan yang relevan teknologis.

Baru-baru ini, peneliti di ETH Zurich dan Empa menciptakan efek ini menggunakan superlattice nanokristal yang teratur jarak jauh. Ini dapat membuka jalan untuk pengembangan komputasi kuantum, sensing kuantum, komunikasi terenkripsi kuantum, serta pencahayaan LED.

Referensi: Nature | doi:10.1038/s41586-018-0683-0 | Empa

Titik Kuantum Koloid

Untuk mendapatkan superfluoresensi sesuai permintaan, para penulis menggunakan titik kuantum yang terbuat dari perovskit besi halida. Mereka mengorganisir titik kuantum perovskit ke dalam superlattice 3D, memungkinkan emisi kolektif koheren cahaya (foton), yang menciptakan superfluoresensi. Ini adalah emisi red-shift dinamis dengan peluruhan radiatif yang dipercepat lebih dari 20 kali lipat.

Tinjauan mikroskopik superlattice (pencahayaan cahaya putih) | Kredit: Empa

Untuk kopling koheren, titik kuantum harus memiliki ukuran, bentuk, dan komposisi yang sama. Solusi titik kuantum yang sangat monodisperse diperlukan untuk membuat superlattice yang teratur jarak jauh. Dan solusi seperti ini telah ditingkatkan secara menyeluruh selama beberapa dekade terakhir.

Para penulis mengatakan bahwa dengan menangani dengan hati-hati penguapan pelarut, mereka dapat menghasilkan superlattice, menggunakan titik kuantum seragam dengan ukuran yang bervariasi. Secara keseluruhan, ini menawarkan dasar untuk sumber fase multi-foton terpaut – sumber yang hilang untuk komputasi kuantum fotonik, citra kuantum, dan sensing.

Para peneliti melakukan eksperimen optik pada suhu sangat rendah, hampir -267°C, yang memberikan bukti akhir superfluoresensi. Mereka menemukan bahwa foton dikeluarkan spontan dalam ledakan cerah – sumber cahaya kuantum baru.

Baca: Laser Elektro-Optik Baru Memancarkan 30 Miliar Pulsa per Detik

Eksperimen ini akan membantu ilmuwan menjelajih lebih jauh fenomena kuantum kolektif dengan perovskit besi halida. Karena properti jenis material unik ini dapat ditingkatkan lebih lanjut, mungkin untuk menjelajahi hal-hal di luar rekayasa setiap titik kuantum.