Los físicos de la Universidad de Southampton han extendido la teoría de la fluorescencia de resonancia, un fenómeno clásico en óptica cuántica, a nanoestructuras 2D que tienen nuevas propiedades de emisión de luz.
La investigación, publicada esta semana en Revisión física B como comunicación rápida, tiene aplicaciones potenciales en dispositivos fotónicos que se basan en las propiedades ópticas de los pozos cuánticos.
La fluorescencia de resonancia es la fluorescencia de un átomo o molécula en la que la luz emitida tiene la misma frecuencia que la luz absorbida.
Para estudiar este proceso, los físicos teóricos a menudo confían en una aproximación muy cruda del 'sistema de dos niveles', en la que todas las características físicas del átomo se colapsan para tener un electrón en un nivel inferior o en un nivel excitado.
A pesar de su simplicidad, este modelo puede describir con éxito las interacciones de materia de luz en muchos sistemas cuánticos distintos de los átomos, como los puntos cuánticos y los qubits superconductores.
El escenario se vuelve más complejo cuando el experimento se realiza en un pozo cuántico dopado, una nanoestructura 2D hecha de diferentes capas semiconductoras tan delgadas como unas pocas capas atómicas, en la que los electrones están densamente empaquetados.entre las capas de semiconductores modifica el espectro de fluorescencia de resonancia, según muestra el nuevo estudio: "Las excitaciones de electrones en estas nanoestructuras 2D todavía se pueden modelar como una colección de sistemas de dos niveles", dice Nathan Shammah, estudiante de doctorado en Quantum Light and Matter Group ycoautor del estudio. "Sin embargo, la suposición de que se trata de sistemas atómicos independientes que no interactúan no tiene en cuenta las transiciones electrónicas 'cruzadas' que se producen entre diferentes sistemas de dos niveles, una posibilidad abierta en el gas de electrones 2D," él añade.
Con esta posibilidad mejorada aplicada a las nanoestructuras 2D, los investigadores de Southampton describieron nuevos efectos en la luz emitida que esperan.
Al principio, los electrones oscilan coherentemente entre dos niveles como en una danza colectiva. A medida que pasa el tiempo, los electrones pueden desfasarse entre sí debido a otros procesos de dispersión. Cuando los sistemas de dos niveles están desfasados, estas transiciones cruzadasestán impedidos debido al principio de exclusión de Pauli. Esto lleva a una modificación en el espectro de fluorescencia de resonancia del sistema y, a su vez, se puede determinar la diferencia entre los dos regímenes coherentes e incoherentes de dinámica electrónica.
"Este nuevo mecanismo sugiere la posibilidad intrigante de medir el tiempo de coherencia de un gas electrónico 2D con fluorescencia de resonancia", agrega la Dra. Simone De Liberato, coautora de la investigación y líder del Grupo de Teoría y Tecnología Cuántica de la Universidad.
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Materiales proporcionado por Universidad de Southampton . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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