Физики установили рекорд скорости для молекулярной флуоресценции

Ученые Университета Дьюка изготовили флуоресцентные молекулы, испускающие фотоны света в 1000 раз быстрее, чем обычно, установив рекорд скорости. Это научное открытие делает важный шаг к реализации сверхбыстрых светоизлучающих диодов и квантовой криптографии.

Атомы в светодиодах излучают примерно 10 миллионов фотонов в мгновение ока. Однако современные телекоммуникационные системы работают в тысячи раз быстрее. Для того, чтобы будущие устройства с использованием светодиодов имели практическое применение, исследователи должны получить намного большую скорость флуоресценции.

В новом исследовании, инженеры увеличили скорость испускания флуоресцентных молекул до рекордных уровней, разместив их между серебряными нанокубиками и пленкой из золота. Электротехник Maiken Mikkelsen: «Одним из приложений, на которое мы ориентировались в данном исследовании – сверхбыстрые светодиоды». Исследователи обнаружили, что они могли достичь значительного увеличения скорости, путем размещения флуоресцентных молекул в зазоре между нанокубиками из серебра и тонкой пленкой золота.

Физики использовали компьютерное моделирование, чтобы определить точный размер зазора, между нанокубиками и золотой пленкой для оптимизации процесса: 20 атомов. Один из авторов научной новости Gleb Akselrod: «Мы можем выбрать кубики с правильным размером и сделать пробелы буквально с нанометровой точностью. Когда у нас есть размер куба и разрыв, идеально настроенный молекулы, мы видим 1000-кратное увеличение скорости флуоресценции».

Поскольку в данном эксперименте использовалось много случайно выровненных молекул, исследователи считают, что они могут еще повысить эффективность. Они планируют разработать систему с индивидуальными флуоресцентными молекулами, помещенными точно под одним нанокубиком.

«Если мы можем точно разместить молекулы, это может быть использовано во многих других приложениях, а не только в быстрых светодиодах. Мы могли бы сделать быстрые источники одиночных фотонов, которые нужны для квантовой криптографии. Эта технология обеспечит безопасное взаимодействие, которое не может быть взломано. По крайней мере, не нарушая законы физики».