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超快LED打破分子熒光速度紀(jì)錄

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-14 來源:科技日報瀏覽次數(shù):6

美國杜克大學(xué)研究人員最新研制出超快發(fā)光二極管(LED),打破了熒光分子發(fā)射光子的速度紀(jì)錄,是普通級的1000倍,朝著實現(xiàn)超快速LED和量子密碼學(xué)邁出了重要一步。該研究結(jié)果刊登在10月12日的《自然·光子學(xué)》在線版上。

今年的諾貝爾物理學(xué)獎被授予在20世紀(jì)90年代初發(fā)明的藍色發(fā)光二極管的科學(xué)家,因該發(fā)明促進了新一代明亮節(jié)能的白色熒光燈以及彩色LED屏幕的發(fā)展。然而,這個巨大研究成果在開關(guān)時的慢速度卻限制了其作為以光源為基礎(chǔ)的通信。在一個LED里,一眨眼的功夫原子被迫發(fā)射約1000萬個光子。而現(xiàn)代通信系統(tǒng),運行速度比LED發(fā)射光子的速度快近千倍。為了實現(xiàn)基于LED的光通信,研究人員必須提速光子發(fā)光材料。

在新研究中,這所大學(xué)的工程師通過在金屬納米立方體和黃金膜之間添加熒光分子,加速其光子發(fā)射率達到前所未有的水平。該大學(xué)電氣與計算機工程和物理助理教授麥肯·米克爾森說:“本研究的目標(biāo)應(yīng)用之一是超高速LED。雖然未來的設(shè)備可能不使用這個精確方法,但對基礎(chǔ)物理卻至關(guān)重要?!?/p>

米克爾森是研究金屬內(nèi)電磁場和自由電子之間相互作用的專家。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)10月13日報道,在實驗中,他的團隊制造了75個銀納米立方體,并困住其內(nèi)的光,大大增加了光的強度。當(dāng)熒光分子被放置在密集的光旁,分子發(fā)射光子的速度通過“珀塞爾效應(yīng)”強化而更快。他們發(fā)現(xiàn),將熒光分子放置在黃金薄膜和納米金屬的縫隙之間,它們的速度可以得到明顯提升。

要達到最大效應(yīng),研究人員需要調(diào)整間隙的諧振頻率以匹配分子響應(yīng)的彩色光。在該論文的共同作者、這所大學(xué)電氣和計算機工程的教授大衛(wèi)·史密斯、詹姆斯·B主任的幫助下,采用計算機模擬精確確定了納米立方和黃金薄膜之間所需間隙大?。壕谷恢挥?0個原子寬。研究人員說:“我們可以選擇具有合適尺寸的立方體,使這個縫隙具有納米級的精度,從而創(chuàng)紀(jì)錄地提升熒光速度達1000倍?!?/p>

因為實驗使用了許多隨機排列的分子,研究人員相信還能夠做得更好。他們計劃將個別熒光分子精確置于單個納米立方體,從而實現(xiàn)熒光分子發(fā)射光子的更高速率。

研究人員說:“如果我們能準(zhǔn)確設(shè)置分子,其將不只是快速的LED,還可以有許多應(yīng)用。如制造用于量子密碼系統(tǒng)的快速單光子源,這種技術(shù)將支持安全通信,避免黑客入侵?!?/p>

 
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