Les sources de lumière quantique sont inconstantes. Ils peuvent scintiller comme des étoiles dans le ciel nocturne et peuvent s'estomper comme une lampe de poche mourante. Cependant, des recherches nouvellement publiées de l'Université d'Oklahoma prouve que l'ajout d'une couverture à l'une de ces sources légères, appelée point quantique colloïdal, peut les faire briller sans vaciller, ouvrant la porte à de nouvelles possibilités quantiques abordables. Les résultats sont disponibles en Communications de la nature.
Les points quantiques, ou QD, sont si petits que si vous étendiez un seul point quantique à la taille d'un baseball, un baseball serait de la taille de la lune. Les QD sont utilisés dans une variété de produits, des moniteurs informatiques et des LED vers les cellules solaires et les dispositifs d'ingénierie biomédicale. Ils sont également utilisés dans l'informatique quantique et la communication.
Une étude de recherche dirigée par le professeur adjoint de l'UO Yitong Dong démontre que l'ajout d'une couche moléculaire cristallisée aux QD en pérovskite neutralise les défauts de surface et stabilise les réseaux de surface. Cela les empêche de s'assombrir ou de clignoter.
« Dans l'informatique quantique, vous devez être en mesure de contrôler le nombre de photons émis à un moment donné », a-t-il déclaré. « Les QD sont notoirement instables, nous avons donc travaillé pour créer un revêtement cristallin qui pourrait stabiliser leurs émissions quantiques. Ce matériau est idéal car il est peu coûteux à utiliser et à évoluer et est efficace à température ambiante. »
Les points quantiques ont historiquement eu plusieurs problèmes. Premièrement, leurs surfaces peuvent facilement devenir défectueuses. Ces défauts peuvent faire échouer les QD, souvent après seulement 10 à 20 minutes d'utilisation. Les revêtements cristallins déployés par Dong et ses collaborateurs étendent l'émission de photons continue de QD à plus de 12 heures sans aucune décomposition, et pratiquement pas de clignotement.
Deuxièmement, les émetteurs de photons uniques ont traditionnellement fonctionné à des températures cryogéniques extrêmement faibles. En fait, ils nécessitent généralement de l'hélium liquide à -452 degrés Fahrenheit, ce qui les rend impraticables pour la plupart des applications du monde réel. Cette recherche démontre cependant que les QD de pérovskite obtiennent une efficacité de près de 100% à température ambiante. Cette percée les rend beaucoup plus faciles, moins chers et plus attrayants à utiliser.
« Bien qu'il y ait eu un réel intérêt pour les propriétés optiques exotiques de ce matériau, la sophistication nécessaire pour fabriquer un seul émetteur de photons était prohibitif », a déclaré Dong. « Mais comme les QD de pérovskite peuvent être utilisés à des températures normales et synthétisées pour très peu de coûts, nous pensons qu'ils pourraient devenir la source de lumière photonique pour les futurs dispositifs de calcul quantique et de communication quantique. »
Selon Dong, ces résultats ouvrent la voie à de futures conceptions d'émetteurs quantiques qui s'étendent au-delà de cette structure spécifique matériau ou moléculaire.
« À mon avis, nos recherches ont des implications profondes pour le domaine quantique », a-t-il déclaré. « Nous avons trouvé un moyen de stabiliser ces QD en utilisant des cristaux moléculaires organiques et inorganiques, ouvrant la porte à d'autres pour explorer les propriétés optiques fondamentales et la physique fondamentale de ces matériaux. C'est vraiment excitant. »
