La resolución espacial de la salida del láser alcanza el límite cuántico

Desde las primeras demostraciones del láser de femtosegundo como herramienta de procesamiento tridimensional (3D), se han desarrollado microdispositivos con emocionantes funciones ópticas, electrónicas, mecánicas y magnéticas a través de circuitos integrados fotónicos cuánticos 3D. de microrobots inteligentes. .

Se han dedicado muchos esfuerzos a mejorar la resolución espacial de la fabricación en este campo durante la última década, y se han informado tamaños de características de varias decenas de nanómetros basados ​​en la absorción multifotónica, la reducción de la emisión estimulada, la mejora del campo cercano inducida por el campo lejano y la mejora del campo cercano inducida por el campo lejano. Efectos de enlaces químicos inducidos por fotoexcitación. Sin embargo, las aplicaciones avanzadas, como los transistores de un solo electrón, los emisores de fotón único (SPE), las memorias de un solo átomo o los dispositivos de bits cuánticos, requieren una alta resolución espacial de salida (menos de 10 nm, lejos del límite de difracción óptica).

En un nuevo periódico publicado en Ciencia y aplicaciones de la iluminación.Un equipo de científicos, dirigido por el profesor Hongbo Sun del Laboratorio Estatal Clave de Tecnología e Instrumentos de Medición de Precisión, Departamento de Instrumentos de Precisión, Universidad de Tsinghua, Beijing, China, y sus colegas han propuesto y demostrado experimentalmente una producción a escala casi atómica. Utilizando un método de bloqueo y seguimiento de umbral (TTL), se obtienen tamaños de características <5 nm, ~ λ/100, alcanzando el límite cuántico.

A través de este enfoque, los investigadores pueden lograr una producción cercana a la unidad a partir de una fuente de fotón único, con una alta precisión de posicionamiento y una pérdida mínima para el lote. Estas fuentes de fotón único exhiben un alto brillo, una alta pureza de emisión y una alta estabilidad.

Esta producción de láser a escala casi atómica representa un importante paso adelante en las tecnologías fotónicas cuánticas escalables. Los científicos resumen el principio de la tecnología TTL:

«La idea es utilizar pulsos láser adicionales (luz de sonda) para detectar con precisión si se produce daño a escala nuclear o casi nuclear bajo el pulso inicial (luz de formación). La extensión del daño interno al material objetivo se cierra con precisión. Tenga en cuenta que esto El método de retroalimentación no depende de la sensibilidad de detección del instrumento y puede cerrar con precisión el rango de daño interno del material objetivo para la producción de láser a nanoescala.

«En este trabajo demostramos que la precisión de la producción de láser ha alcanzado el límite cuántico, que es un nuevo hito después del límite de difracción óptica. Cuando la energía del láser alcanza el límite de daño a escala casi atómica, el individuo no es necesario eliminar el láser. de átomos. El punto focal estará ubicado en el centro geométrico.»

«Esto se debe a que, en esta condición límite, el gradiente (la parte superior de la distribución gaussiana) proporcionado por la energía del láser será muy plano. La región de fractura definida por el gradiente de energía del láser fallará y se producirá una ablación nuclear local». Una región específica (~ unos pocos nanómetros, el valor específico depende del material objetivo) está dominada por la posición local de los electrones y el flujo de energía, en lugar de la pendiente de la densidad de potencia del láser incidente.

«A través de la tecnología TTL, se puede obtener una producción cercana a la unidad a partir de fuentes de fotón único con precisión posicional a nanoescala. Mientras tanto, estas fuentes de fotón único exhiben excelentes propiedades que incluyen alto brillo (alrededor de diez millones de fotones por segundo), alta pureza de emisión y alta . estabilidad.»

«Este resultado sugiere el alto potencial de la generación de láseres a escala casi atómica para aplicaciones en dispositivos cuánticos».