17:23 18 September 2020
SNA Radio
    Wissen
    Zum Kurzlink
    5875
    Abonnieren

    Wissenschaftler der Nationalen Universität für Nuklearforschung MEPhI haben weltweit als erste die Zunahme der Intensität und Geschwindigkeit der Strahlung von Quantenpunkten aufgezeigt. Die Ergebnisse ihrer Studie sind in der renommierten Fachzeitschrift „Optics Express“ veröffentlicht.

    Den Wissenschaftlern zufolge könnte ihre Forschungsarbeit in Zukunft eines der Hauptprobleme bei der Schaffung eines Quantencomputers lösen und das biomedizinische Monitoring auf ein neues Level heben.

    Quantenpunkte sind niedrigdimensionale Fluoreszenz-Nanostrukturen, die beim Zusammenwirken zwischen Licht und Stoff künftig eine wichtige Rolle spielen könnten. Sie können das Licht in breiter Spanne aufnehmen und in einem engen Wellenlängen-Abschnitt, der von der Größe des Nanokristalls bestimmt wird, ausstrahlen – der jeweilige Quantenpunkt „leuchtet“ also in einer bestimmten Farbe. Diese Merkmale der Quantenpunkte machen sie beinahe zu einem perfekten Mittel für eine überempfindliche mehrfarbige Registrierung biologischer Objekte sowie für die medizinische Diagnostik.

    Die Anwendungsbereiche der Quantenpunkte reichen von Beleuchtungsanlagen und Sonnenbatterien bis Qubits für die Quanten-Berechnung. Sie sind den traditionellen Luminophoren in punkto Photostabilität und Helligkeit überlegen. Bildschirme mitQuantenpunkten können eine deutlich höhere Helligkeit, Kontrastschärfe und einen niedrigeren Energieverbrauch als bei anderen Technologien gewährleisten.

    Forscher des Labors für Nano-Bioengineering am Ingenieur-Physik-Institut für Biomedizin der MEPhI haben erstmals die Verstärkung der Intensität sowie der Geschwindigkeit der spontanen Strahlung von Halbleiter-Quantenpunkten in Photonenstrukturen auf Grundlage von Poren-Silizium aufgezeigt.

    Die erhaltenen Ergebnisse ermöglichen eine neue Herangehensweise an die Kontrolle der spontanen Ausströmung der Lumineszenzdurch die Veränderung des lokalen Elektromagneten-Umfeldes der Luminophoren in der Poren-Matrix, was die Aussichten auf neue Anwendungen in Biosensing, optischer Elektronik, Kryptografie und Quantenberechnungen deutlich erhöht.

    Die entwickelten Systeme könnten vor allem als eine sehr gute Grundlage für die Schaffung von kompakten Fluoreszenz-Biosensoren im Format des Enzym-Immuntests dienen, der in der klinischen Praxis sehr verbreitet ist. Die Anwendung der Quantenpunkte mit der durch Photonen-Kristall verstärkten Fluoreszenz würde den Anstieg der Sensibilität der Analyse ermöglichen, was die Frühdiagnostikvon Erkrankungen, wenn der Gehalt der Biomarker der Erkrankung im Blut des Patienten gering ist, sowie ein Monitoring der Behandlung der Patienten ermöglichen wird.

    Darüber hinaus könnte diese Forschungsarbeit als Grundlage für eine neue Elemente-Basis für optische Computer bzw. Kryptosysteme dienen, wobei massige Quellen der einzelnen Photonen bzw. optische logische Elemente ersetzt werden. In diesem Bereich würde die Anwendung der neuen Systeme neben ihrer Kompaktheit und Einfachheit bei der Lösung einer der Hauptaufgaben in diesem Bereichhelfen – dem

    Erhalt von einzelnen bzw. quantenverschränkten Photonen „auf Anfrage“, was heute fast unmöglich ist.

    Verschränkte Photonen sind ein Teilchenpaar, das sich in korrelierten Quantenzuständen befindet – sie spielen eine sehr wichtige Rolle in der Physik. Ohne verschränkte Paare ist es beinahe unmöglich, die Quantenverbindung und Quanten-Teleportation umzusetzen sowie Quantencomputer zu bauen, die mit Quanteninternet verbunden sind. Bei der Entwicklung eines Quantenrechners könnten sich die Prinzipien von mehreren Bereichen – molekulares Modellieren, Kryptografie, künstliche Intelligenz – durch diese Forschungsarbeit absolut verändern.

    Das von den Wissenschaftlern erhaltene Ergebnis wurde dank der Nutzung von Technik der tiefgreifenden Oxydation der Photonen-Kristalle möglich, was den Rückgang der Lumineszenz unterdrücken sowie den Energieverlust bei der Aufnahme verringern lässt.

    „Zur Stärkung der Lumineszenz solcher Strukturen werden verschiedene Methoden genutzt, am interessantesten ist dabei die Nutzung von Photonen-Kristallen. Die periodische Änderung der Brechungszahl im Photonen-Kristall lässt einen lokalen Anstieg der Dichte der Photonen-Zustände erreichen, wobei ein Effekt der Stärkung der Intensität und Geschwindigkeit der spontanen Strahlung derLuminophoren zu erkennen ist“, so der MEPhI-Mitarbeiter Pawel Samochwalow.

    Zur Herstellung von Photonen-Kristallen wird umfangreich Poren-Silizium genutzt, das sich von anderen Stoffen dank der möglichen präzisen Kontrolle der Brechungszahl, der einfachen Herstellung sowie der Sorptionsfähigkeit unterscheidet.

    Doch bis dato konnten Forscher wegen des massiven Rückgangs der Lumineszenz beim Kontakt mit der Silizium-Oberfläche keinen Anstieg der Geschwindigkeit der Strahlungs-Relaxation der Luminophoren in Photonen-Kristallen aus Poren-Silizium erreichen.

    GemeinschaftsstandardsDiskussion
    via Sputnik kommentierenvia Facebook kommentieren

    Zum Thema:

    Fall Nawalny: Deutsche Eliten und „Ausdruck eines Niedergangs“ – Experte Fischer knallhart
    Fall Nawalny: Deutschland und OPCW weichen Antworten auf Russlands Fragen aus – Lawrow
    Belarus kann dem Weg des Baltikums folgen – Expertenmeinung
    Tags:
    Russland, Quantencomputer, Nationale Universität für Nuklearforschung (MEPhi)