Schweizer Quanten-Forscher: "Heureka!"

Forschenden der Empa, der ETH Zürich und von IBM Research ist es gelungen, mithilfe von geordneten Nanokristall-Strukturen ein Phänomen namens Superfluoreszenz künstlich zu erzeugen. Dies könnte neue Möglichkeiten in der Quanten-basierten Informatik, Sensorik und verschlüsselten Kommunikation eröffnen, so die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa).
 
Die Summe ist mehr als ihre Teile. Das gilt auch beim Phänomen Superfluoreszenz, bei dem sich mehrere Lichtemitter synchronisieren und gemeinsam intensiv strahlen, wenn sie durch einen Laser angeregt werden. Die Licht-Emission ist dabei um ein Vielfaches stärker als die Summe der einzelnen Emitter, was zu einer ultraschnellen und intensiven Emission von Licht führt. Die Schweizer Forschenden können diese Superfluoreszenz nun "On Demand" mithilfe von geordneten Nanokristall-Strukturen kontrollieren, so die Empa.
 
Die Forschenden unter der Leitung von Maksym Kovalenko nutzten dafür sogenannte Quantenpunkte aus Bleihalogenid-Perowskiten, die sie zu einem dreidimensionalen Übergitter anordneten. Ein solches Gitter besteht aus dünnen Schichten, die sich periodisch wiederholen. Diese geordnete Struktur bildet wiederum die Basis für verschränkte Multi-Photonenzustände, also Zustände, in denen mehrere Photonen gekoppelt sind und Zustandsänderungen von allen gekoppelten Photonen gemeinsam vollzogen werden.
 
Optische Experimente bei rund minus 267 Grad Celsius lieferten dann den Nachweis, dass sich mithilfe dieses Übergitters aus Perowskit-Quantenpunkten Superfluoreszenz erzeugen lässt: Die Photonen emittierten tatsächlich simultan, schrieb die Empa. "Das war unser Heureka-Moment, als wir erkannten, dass es sich um eine neuartige Quantenlichtquelle handelt", sagte Gabriele Rainò von der ETH Zürich und der Empa.
 
Das kontrollierte Erzeugen von Superfluoreszenz und dem entsprechenden Quantenlicht könnte neue Möglichkeiten in der Quanteninformatik, der Quantensensorik und dem Quantenschlüsselaustausch (QKD) eröffnen, freut sich die Empa. (sda/ts)