Исследователи обсуждают захват отдельных атомов и их использование в новых квантовых технологиях.
Органические светодиоды (OLED) преобразили технологии отображения и освещения благодаря ярким цветам, глубокому контрасту и энергоэффективности. С ростом спроса на более лёгкие, тонкие и энергосберегающие устройства, особенно в носимых гаджетах, складных устройствах и портативной электронике, интерес к OLED, работающим при более низких напряжениях, возрастает без ущерба для производительности.
Новый тип OLED
Появился новый тип OLED, известный как OLED с конверсией возбуждения (ExUC-OLED). Эти устройства используют другой механизм для генерации экситонов, что позволяет излучать свет при гораздо более низких напряжениях.
В традиционных OLED свет излучается, когда экситоны (связанные пары электронов и дырок) переходят в состояние с более низкой энергией. Формирование экситонов требует напряжения, равного или превышающего ширину запрещённой зоны материала излучателя — обычно около 3 В для красного и 4 В для синего света.
В отличие от них, ExUC-OLED генерируют свет через промежуточное состояние с более низкой энергией, называемое эксиплексом, — слабо связанную электронно-дырочную пару, образующуюся на границе между донорскими и акцепторными молекулами.
Прорыв в эффективности
Исследователи из Университета Тояма в Японии предложили простую, но эффективную конструкцию, которая может приблизить ExUC-OLED к коммерциализации. Вставив наноразмерный (нм) «промежуточный» слой между донорскими и акцепторными материалами, команда позволила ранее несовместимым комбинациям материалов работать вместе, что привело к увеличению выхода синего света в 77 раз.
Это исследование, проведённое под руководством доцента Масахиро Моримото и при участии Рёсукэ Фукадзава и профессора Сигэки Нака, было опубликовано в журнале ACS Applied Optical Materials 4 июня 2025 года.
Захват отдельных атомов для квантовых технологий
В лаборатории профессора Себастьяна Уилла можно увидеть серию односекундных вспышек на мониторах. Каждая вспышка — это атом стронция, который на короткое время захватывается и удерживается «пинцетами» из лазерного света.
«Мы можем видеть отдельные атомы», — говорит аспирант Аарон Холман. «Это никогда не устаревает».
Лаборатория впервые увидела атом в конце 2022 года, после двух лет создания экспериментальной установки — сложной и тщательно откалиброванной серии атомных источников, вакуумных камер, магнитов, электроники и лазеров, которые захватывают отдельные атомы и помещают их в специальные расположения.
Холман, в настоящее время аспирант пятого курса по физике, помогал создавать проект «TweeSr» с нуля. Будучи чистым физиком атомных, молекулярных и оптических систем (AMO), он сейчас работает над превращением фундаментальных исследований о том, как атомы, молекулы и свет взаимодействуют, в новые технологии с коллегами из Columbia Engineering.
Сеть, получившая название SCY-QNet, будет простираться от Брукхейвенской национальной лаборатории на Лонг-Айленде через Манхэттен посредством Колумбии до Йеля в Нью-Хейвене, штат Коннектикут.
В этом интервью Холман объясняет проект «TweeSr» и то, как междисциплинарное сотрудничество делает его лучшим учёным.
Будущее квантовых сетей
«Да, для создания сети нужно где-то начать и где-то закончить. Сеть будет соединять квантовые процессоры, расположенные во всех участвующих учреждениях, через квантовую запутанность. Колумбия — это аппаратный узел: наши атомы будут отправлять или получать фотоны внутри сети, одновременно обеспечивая вычислительную мощность для манипулирования этой же квантовой информацией».
«Особенно сложной задачей является то, что мы должны делать это на однофотонном уровне: здесь очень мало места для ошибок, чтобы эффективно соединить нашу систему с сетью».
«Это заставляет нас думать за пределами нашей экспериментальной установки. Если мы хотим связать наши TweeSrs с волокном, которое будет проходить на Лонг-Айленд, как именно мы это сделаем?»
«С классическими битами информация двоична: это либо 1, либо 0. Мы стали чрезвычайно хороши в хранении, перемещении и управлении этой информацией классическими методами. Однако с квантовыми битами (кубитами), которые имеют дополнительные свойства, такие как суперпозиция, когерентность и запутанность, те же технологии, разработанные для классических битов, просто не работают».
«Различные квантовые системы могут быть хороши в разных задачах, связанных со хранением, перемещением и манипулированием квантовой информацией, что является одним из аргументов в пользу полезности квантовой сети. Однако мы должны решить задачу взаимодействия различных квантовых систем друг с другом — задача не из лёгких!»
«Это один из вопросов, над которым работает лаборатория профессора Алекса Гаэты здесь, в Колумбии. Они изучают преобразование частоты и способы согласования двух разных квантовых источников информации».
«Я работаю над созданием соответствующей платформы AMO, но я многому научился благодаря междисциплинарным проектам. Это сформировало меня как исследователя и учёного, и это не то, что я изначально искал, поступая в аспирантуру».
«Например, то, как я, физик AMO, думаю о свете, настолько отличается от того, как думает об этом оптический инженер. Удивительно, как много можно улучшить в дизайне благодаря сотрудничеству. Они заставляют вас по-настоящему осмотреться и увидеть, что делают другие группы, и как это может повлиять на ваши собственные исследования».
«Вы не хотите быть слишком изолированными — что толку, если через 15 или 20 лет у нас будут все эти хорошо разработанные технологии, но ни одна из них не будет взаимодействовать друг с другом?»
Предоставлено Columbia University.