Les points quantiques sont des "atomes artificiels" à l'état solide composés de milliers d'atomes (sphères jaunes) noyés dans un semi-conducteur (sphères bleues). Malgré cette complexité, les propriétés d'émission de photons des points quantiques étaient jusqu'à présent considérées comme des atomes traditionnels, où une description de point-émetteur est suffisante. En raison de leurs dimensions mésoscopiques, cependant, la description de l'émetteur ponctuel se décompose en comparant l'émission de photons à partir de points quantiques avec des orientations opposées par rapport à un miroir métallique.
Des chercheurs du Groupe Photonique Quantique du DTU Fotonik en collaboration avec l'Institut Niels Bohr, L'université de Copenhague surprend le monde scientifique avec la découverte que l'émission lumineuse des émetteurs de photons à l'état solide, les points dits quantiques, est fondamentalement différent de ce que l'on croyait jusqu'ici. Les nouvelles connaissances pourraient trouver des applications importantes comme moyen d'améliorer l'efficacité des dispositifs d'information quantique. Leurs conclusions sont publiées le 19 décembre 2010 dans Physique de la nature .
Aujourd'hui, il est possible de fabriquer et de personnaliser des sources lumineuses très efficaces qui émettent un seul photon à la fois, qui constitue l'unité fondamentale de la lumière. Ces émetteurs sont appelés points quantiques et se composent de milliers d'atomes. Malgré les attentes reflétées dans cette terminologie, les points quantiques ne peuvent pas être décrits comme des sources ponctuelles de lumière, ce qui conduit à la conclusion surprenante :les points quantiques ne sont pas des points !
Cette nouvelle idée a été réalisée en enregistrant expérimentalement l'émission de photons à partir de points quantiques positionnés à proximité d'un miroir métallique. Les sources lumineuses ponctuelles ont les mêmes propriétés qu'elles soient ou non retournées, et cela devait également être le cas pour les points quantiques. Cependant, cette symétrie fondamentale s'est avérée être violée dans les expériences à DTU où une dépendance très prononcée de l'émission de photons sur l'orientation des points quantiques a été observée.
Les résultats expérimentaux sont en excellent accord avec une nouvelle théorie de l'interaction lumière-matière développée par des chercheurs du DTU en collaboration avec Anders S. Sørensen de l'Institut Niels Bohr. La théorie prend en compte l'étendue spatiale des points quantiques.
À la surface du miroir en métal, des modes de surface optiques très confinés existent; les soi-disant plasmons. La plasmonique est un domaine de recherche très actif et prometteur, et le fort confinement des photons, disponible en plasmonique, peut avoir des applications pour la science de l'information quantique ou la récupération d'énergie solaire. Le fort confinement des plasmons implique également que l'émission de photons à partir des boîtes quantiques peut être fortement altérée, et que les points quantiques peuvent exciter les plasmons avec une très grande probabilité. Le présent travail démontre que l'excitation des plasmons peut être encore plus efficace qu'on ne le pensait auparavant. Ainsi, le fait que les points quantiques s'étendent sur des zones beaucoup plus grandes que les dimensions atomiques implique qu'ils peuvent interagir plus efficacement avec les plasmons.
Les travaux pourraient ouvrir la voie à de nouveaux dispositifs nanophotoniques qui exploitent l'étendue spatiale des points quantiques en tant que nouvelle ressource. Le nouvel effet devrait également être important dans d'autres domaines de recherche que la plasmonique, y compris les cristaux photoniques, électrodynamique quantique en cavité, et une récolte légère.
