Рост быстродействия делает светодиоды пригодными для телекоммуникаций

В светодиодах атомы могут испускать свет со скоростью, составляющей приблизительно 10 млн фотонов в секунду. Этого впечатляющего быстродействия однако совершенно недостаточно для нужд современных телекоммуникационных систем, работающих быстрее в тысячи раз.

Статья, опубликованная вчера на сайте журнала Nature Photonics, рассказывает о создании в Университете Дьюка (Дарем, штат Северная Каролина) флуоресцентных молекул, которые излучают фотоны в 1000 раз быстрее, чем обычно. Это рекордное достижение — важный шаг на пути реализации сверхскоростных светодиодных коммуникаций и практической квантовой криптографии.

Добиться повышения частоты излучения фотонов до рекордного уровня инженерам Дьюка удалось, создав трехслойный «сэндвич», где флуоресцентные молекулы находятся между золотой пленкой и металлическими нанокубами.

Плазмонная структура из серебряных нанокубов размером 75 нм удерживает свет внутри себя, значительно увеличивая его интенсивность. Если поблизости от такого интенсифицированного излучения поместить флуоресцентные молекулы, частота испускания ими фотонов возрастает — этот эффект носит название усиления Пурселла.

«Хотя в будущих устройствах может использоваться и несколько другой подход, данная базовая физика будет играть критическую роль», — утверждает Майкен Миккельсен (Maiken Mikkelsen), адъюнкт-профессор электротехники, информатики и физики Университета Дьюка.

Для получения максимального эффекта, группа Миккельсена при помощи компьютерного моделирования нашла оптимальную величину зазора между слоем нанокубов и золотой пленкой. Резонансная частота такой оптимизированной структуры (ширина зазора равна всего 20 атомам) соответствует цвету излучения, на которое реагируют флуоресцентные молекулы.

Исследователи полагают, что смогут еще больше улучшить рабочие характеристики своего светодиода. Для этого они, в частности, планируют создать упорядоченную систему, в которой флуоресцентные молекулы располагались бы не произвольно, а каждая в точности под «своим» нанокубом.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365