Kvantprickar ger full koll på fotonerna

Genom att skicka ut fotoner från en kvantprick på toppen av en mikropyramid, skapar forskare vid Linköpings universitet en polariserad ljuskälla för exempelvis energisnåla bildskärmar och avlyssningssäker  kommunikation.

Polariserat ljus – där alla ljusvågor svänger i samma plan – ligger till grund för tekniken i bland annat LCD-displayer i datorer och tv-apparater och avancerad kvantkryptering. Normalt framställs det genom att vanligt opolariserat ljus får passera ett filter som blockerar de icke önskade ljusvågorna. I den processen förlorar man minst hälften av det utsända ljuset och därmed lika mycket energi.

En bättre metod är att sända ut ljus som är polariserat redan vid källan. Det kan åstadkommas med kvantprickar, kristaller av halvledarmaterial så små att de uppvisar kvantmekaniska fenomen. Men hittills har man bara uppnått en polarisation som är antingen alltför svag eller svårkontrollerad. Kvantprickar polariserat ljus

Genererar polariserat ljus

En forskargrupp i halvledarmaterial ledd av professor Per Olof Holtz presenterar nu en alternativ metod där asymmetriska kvantprickar av nitridmaterial med indium formas på toppen av sexsidiga pyramider i mikroformat. Med dessa har man lyckats skapa ett ljus med hög grad av linjär polarisation, i medeltal 84 procent. Resultaten publiceras i Nature-tidskriften Light: Science & Applications.

– Vi demonstrerar ett nytt sätt att generera polariserat ljus direkt, med en förutbestämd polarisationsriktning och med en polarisationsgrad väsentligt högre än med de metoder som tidigare lanserats, säger Per Olof Holtz.

I experimenten har man använt kvantprickar som sänder ut violett ljus med en våglängd på 415 nm, men fotonerna kan i princip anta vilken färg som helst inom det synliga spektrumet genom att mängden av metallen indium varieras.

– Våra teoretiska beräkningar tyder på att en ökad andel indium i kvantprickarna ytterligare förbättrar polarisationsgraden, säger docent Fredrik Karlsson, en av författarna till artikeln.

Mikropyramiden byggs upp genom kristalltillväxt, atomlager för atomlager, av halvledarmaterialet galliumnitrid. På detta läggs ett par nanotunna skikt där även metallen indium ingår. Från den asymmetriska kvantpricken som då bildas i toppen sänds ljuspartiklar ut med en väl definierad våglängd.

Lovande teknik för kryptering

Forskningsresultaten öppnar möjligheter för till exempel mer energieffektiva polariserade lysdioder i ljuskällan till LCD-skärmar. Genom att kvantprickarna också kan sända ut en foton i taget är det en mycket lovande teknik för kvantkryptering, en framväxande teknik för avlyssningssäker kommunikation.

Bilden: Två sätt att skapa polariserat ljus. Fredrik Karlsson, LiU


Artikel: Direct generation of linearly polarized photon emission with designated orientations from site-controlled InGaN quantum dots av A. Lundskog, C-W Hsu, K F Karlsson, S Amloy, D Nilsson, U Forsberg, P O Holtz och E Janzén. Light: Science & Applications (2014) 3, e139; online 31 januari 2014. doi:10.1038/lsa.2014.20

Kontakt