النقاط الكمومية هي هياكل نانوية فلورية منخفضة الأبعاد، واعدة للتطبيقات التي تعمل في مجال التفاعل بين الضوء والمادة.
وتتميز بأنها قادرة على امتصاص الضوء في نطاق واسع، والانبعاث في نطاق ضيق من الأطوال الموجية، والتي يتم تحديدها من خلال حجم البلورة النانوية.
هذه الخصائص للنقاط الكمومية تجعلها مثالية تقريبا للتسجيل متعدد الألوان فائق الحساسية للأجسام البيولوجية، وكذلك للتشخيص الطبي.
تتراوح تطبيقات النقاط الكمومية من تركيبات الإضاءة والألواح الشمسية إلى الكيوبتات للحوسبة الكمومية، فهي تتميز عن الفوسفور التقليدي في الثبات الضوئي والسطوع، ويمكن أن توفر شاشات النقاط الكمية سطوعا وتباينا أعلى واستهلاكا أقل للطاقة مقارنة بالتقنيات الأخرى.
أظهر الباحثون في مختبر الهندسة الحيوية النانوية (LNBE) التابع لمعهد الفيزياء الهندسية للطب الحيوي، NRNU MEPhI ، لأول مرة زيادة في كل من كثافة ومعدل الانبعاث التلقائي لنقاط الكم لأشباه الموصلات في الهياكل الضوئية القائمة على السيليكون المسامي.
تمثل النتائج التي تم الحصول عليها نهجا جديدا للتحكم في الانبعاث التلقائي للتلألؤ عن طريق تغيير البيئة الكهرومغناطيسية المحلية للفوسفور في مصفوفة مسامية، مما يفتح آفاقا لتطبيقات جديدة في الاستشعار الحيوي، والإلكترونيات الضوئية، والتشفير، والحوسبة الكمومية.
وسيؤدي استخدام النقاط الكمومية مع التألق المعزز بواسطة البلورة الضوئية إلى زيادة حساسية التحليل بشكل كبير، مما يجعل التشخيص المبكر للأمراض ممكنا عندما يكون محتوى المؤشرات الحيوية للمرض في دم المريض منخفضا، الأمر الذي يسهل مراقبة علاج المريض.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يعمل التطوير كأساس لقاعدة عنصر جديدة لأجهزة الكمبيوتر الضوئية أو أنظمة التشفير، لتحل محل المصادر الضخمة للفوتونات الفردية أو عناصر المنطق البصري. في هذا المجال، بالإضافة إلى الاكتناز والبساطة، سيسمح استخدام الأنظمة الجديدة بحل إحدى المشكلات الرئيسية في الصناعة - إنتاج فوتونات مفردة أو كمومية متشابكة "حسب الطلب" ، وهو أمر غير عملي عمليا اليوم.
تلعب الفوتونات المتشابكة، وهي زوج من الجسيمات في حالات كمومية مترابطة، دورا مهما للغاية في الفيزياء الحديثة. بدون أزواج متشابكة، يكاد يكون من المستحيل تحقيق الاتصال الكمي والانتقال الآني الكمي، وكذلك بناء أجهزة كمبيوتر كمومية متصلة بالإنترنت الكمي.
في حالة وجود جهاز كمبيوتر كمي، فإن مبادئ عدد من المجالات - النمذجة الجزيئية والتشفير والذكاء الاصطناعي - يمكن أن تتغير تماما.
أصبحت النتيجة التي حصل عليها علماء NRNU MEPhI ممكنة بسبب استخدام تقنية الأكسدة العميقة للبلورات الضوئية، مما جعل من الممكن قمع إخماد اللمعان، وكذلك تقليل فقد الطاقة للامتصاص.
"ولتعزيز تألق مثل هذه الهياكل، يتم استخدام طرق مختلفة، من بينها استخدام البلورات الضوئية. التغيير الدوري في معامل الانكسار في البلورة الضوئية يجعل من الممكن تحقيق زيادة محلية في كثافة الحالات الضوئية، والتي بسببها لوحظ تأثير زيادة شدة ومعدل الانبعاث التلقائي للفوسفور ،" بحسب ماصرح ، بافل سامخفوف، أحد الموظفين LNBE NRNU MEPhI.
ولتصنيع البلورات الضوئية، يتم استخدام السيليكون المسامي على نطاق واسع، والذي يقارن بشكل إيجابي مع المواد الأخرى من خلال القدرة على التحكم الدقيق في معامل الانكسار، وسهولة التصنيع، وقدرة الامتصاص.
ومع ذلك، حتى الآن، لم يتمكن الباحثون من زيادة معدل الاسترخاء الإشعاعي للفوسفور في البلورات الضوئية للسيليكون المسامي بسبب التبريد الكبير للتألق عند ملامسته لسطح السيليكون.
