Усиление двухфотонного поглощения снова на повестке дня

Фото из лаборатории, где была проведена серия экспериментов по двухфотонному поглощению. Фото из лаборатории, где была проведена серия экспериментов по двухфотонному поглощению.

Работа исследователей из США и Канады над усилением двухфотонного поглощения подтвердила, что отдельные полупроводниковые квантовые точки, как например структуры из сульфида свинца, могут быть идеальными для применения в оптических коммуникациях, биомаркировке и трехмерном изображении. Стоит отметить, что предшествовавшие работы опровергали саму идею использования квантовых точек в этом приложении.

Первые квантовые точки были синтезированы около 20 лет назад. Практически сразу квантование энергетических уровней носителей тока в этих миниатюрных структурах натолкнула ученых на мысль о том, что квантовые точки помогут усилить всевозможные нелинейные оптические эффекты, к примеру, двухфотонное поглощение.

Двухфотонное поглощение – это частный случай явления многофотонного поглощения, в рамках которого поглощается несколько фотонов и осуществляется квантовый переход частицы из одного состояния в другое (с большей энергией). Двухфотонное поглощение в квантовой точке возможно, когда источник света настолько ярок, что велика вероятность существования двух схожих фотонов близко друг от друга, а их суммарная энергия равно разнице между электронными уровнями электронов в квантовых точках (жестко детерминированными за счет размеров наноструктуры).

Квантовые точки могли бы быть идеальны для самых разнообразных применений, где востребовано двухфотонное поглощение. И эта перспектива взволновала научные умы по всему миру. За последние 10 лет множество научных групп по всему миру пытались найти условия, обеспечивающие усиление двухфотонного поглощения при помощи квантовых точек. И многих ждало разочарование, когда недавние эксперименты показали, что эффект двухфотонного поглощения, фактически, уменьшается при увеличении влияния квантовых эффектов.

Но исследования совместной группы ученых из США и Канады дали этому направлению новую надежду. Они показали, что «правильным» подбором материала с определенными свойствами действительно можно добиться усиления двухфотонного поглощения. Результаты их работы подробно опубликованы в журнале Nano Letters.

Стоит отметить, что научная группа входила в число тех, кто на собственных экспериментах ранее убедился в том, что далеко не любые квантовые точки будут усиливать эффект двухфотонного поглощения. По их мнению, это связано с электронной структурой квантовой точки, в которой наблюдается достаточно низкая плотность состояний. Понимание этого процесса привело к тому, что ученые начали искать материал со строго определенными свойствами: с малой шириной запрещенной зоны, большим радиусом Бора и т.п., который, согласно расчетам, мог бы способствовать увеличению двухфотонного поглощения. Вычисления показали, что хорошим кандидатом могли бы стать квантовые точки из сульфида свинца; таким образом, ученые сосредоточились на изучении нелинейных свойств структур из этого материала.

Проведенные эксперименты открывают новый путь для применения полупроводниковых квантовых точек в таких областях, как оптические коммуникации и трехмерное отображение. Исследования показали, что флуоресценция, вызванная двухфотонным поглощением, позволит лучше строить трехмерные изображения материалов, чем обычное однофотонное поглощение, за счет того, что свет может проникать в материал гораздо глубже. Другое возможное применение – ультрабыстрые оптические переключатели, извлекающие пользу из того факта, что для двухфотонного поглощения велико отношение интенсивности к мощности падающего луча света. Ученые уже предлагают возможные схемы оптических предохранителей, пропускающих слабые лучи света и блокирующих мощное излучение, принцип действия которых основан на этом эффекте.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.4 (7 votes)
Источник(и):

1. nanotechweb.org

2. sci-lib.com