과학자들, 납 할라이드 페로브스카이트 나노결정 초격자로 제어된 초형광 구현

• 주문형 초형광 획득 위해 납 할라이드 페로브스카이트 양자점 사용
• -267°C에서 광학 실험 수행, 초형광의 최종 증거 확보

몇몇 물질은 레이저나 기타 외부 소스에 의해 들뜰 때 지속적으로 빛을 방출하는 경향이 있습니다. 이 메커니즘을 형광이라고 합니다. 그러나 많은 양자 시스템에서는 자발적 빛 방출 경향이 훨씬 강합니다.

이런 시스템이 외부 소스에 의해 들뜨면 양자역학적 위상을 서로 동기화하여, 개별 방출체들의 합보다 훨씬 더 강한 출력(빛 형태)을 생성합니다. 이는 밝고 초고속 빛 방출, 즉 초형광으로 이어집니다.

그러나 이는 방출체들이 특정 요구 사항을 충족할 때만 발생합니다. 예를 들어 빛 장과의 높은 결합 강도, 더 긴 결맞음 시간, 동일한 방출 에너지를 가져야 합니다. 또한 주변 환경에 방해받지 않으면서 서로 완전히 상호작용할 수 있어야 합니다. 지금까지 과학자들은 수천 개의 기술적으로 관련 있는 물질을 사용해 이 위업을 달성하지 못했습니다.

최근 ETH 취리히와 엠파(Empa) 연구자들이 장거리 정렬 나노결정 초격자를 사용해 이 효과를 생성했습니다. 이는 양자 컴퓨팅, 양자 센싱, 양자 암호 통신, LED 조명 개발의 길을 열 수 있습니다.

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

콜로이드 양자점

주문형 초형광을 얻기 위해 저자들은 납 할라이드 페로브스카이트로 만든 양자점을 사용했습니다. 페로브스카이트 양자점을 3D 초격자로 구성해 빛(광자)의 결맞은 집단적 방출을 가능하게 했으며, 이는 초형광을 생성합니다. 20배 이상 가속된 복사 붕괴를 동반한 동적 적색 편이 방출입니다.

초격자 현미경 뷰(백색 조명) | 출처: Empa

결맞은 결합을 위해 양자점은 동일한 크기, 모양, 구성을 가져야 합니다. 극도로 단분산된 양자점 용액이 장거리 정렬 초격자 제작에 필요합니다. 이러한 용액은 지난 몇 년간 철저히 개선되었습니다.

저자들은 용매 증발을 신중하게 다루어 다양한 크기의 균일한 양자점을 사용해 초격자를 생성할 수 있다고 말했습니다. 전반적으로 이는 얽힌 다중 광자 위상 자원의 기초를 제공합니다. 이는 광자 양자 컴퓨팅, 양자 이미징, 센싱을 위한 빠진 소스입니다.

연구자들은 극저온, 거의 -267°C에서 광학 실험을 수행했으며, 이는 초형광의 최종 증거를 제공했습니다. 광자가 밝은 폭발로 자발적으로 방출됨을 발견했습니다. 이는 새로운 양자 광원입니다.

참고: 신형 전기광학 레이저, 초당 300억 펄스 방출

이 실험들은 과학자들이 납 할라이드 페로브스카이트로 집단 양자 현상을 더 탐구하는 데 도움이 될 것입니다. 이 독특한 유형 물질의 특성이 더 향상될 수 있으므로, 각 양자점 엔지니어링을 넘어선 것들을 탐구할 수 있습니다.