Картографирование квантового будущего с помощью технологии Smart TV

Телевидение раньше было известно как «ящик идиота». Но органические светодиоды, встречающиеся в современных плоских экранах, далеко не глупы.

Фактически, они помогают нам нарисовать карту, которая может разблокировать квантовое будущее. Неудивительно, что теперь их называют умными телевизорами.

Новая концепция квантового зондирования может превзойти существующие технологии в различных областях: от электроники и обнаружения магнитного поля до микроскопии, глобальных систем позиционирования и сейсмологии.

Используя преимущества квантовой механики, новые устройства могут быть разработаны с беспрецедентной чувствительностью и функциональностью.

Но для того, чтобы это произошло, требуется большее понимание роли, которую играет спин, фундаментальное квантовое свойство субатомных частиц, таких как электроны. Спин электрона может взаимодействовать с другими спинами поблизости через процесс, называемый сверхтонким взаимодействием.

В органических электронных материалах, таких как те, которые используются в OLED-дисплеях, один электрон будет взаимодействовать с магнитными полями, создаваемыми многими ядерными спинами, которые являются частью молекулы, на которой он сидит. Кумулятивным эффектом является поле Оверхаузера.

До сих пор одно значение использовалось для описания силы поля Оверхаузера в устройстве. Этот подход слеп к локальным вариациям спина и не отражает его истинную сложность, что приводит к неопределенности в отношении того, как воспроизводить и миниатюризировать устройства, которые зависят от спинового поведения.

Стремясь устранить эту неопределенность, исследователи из Центра передового опыта ARC в области экситонной науки создали первую в истории 2D-карту, показывающую поле Оверхаузера за работой в OLED.

Команда, базирующаяся в UNSW Sydney, смогла достичь этого, визуализируя микроскопические изменения магнитно-повышенной яркости OLED за счет использования больших магнитных полей, эффекта, известного как магнитоэлектролюминесценция.

Им удалось разрешить эти вариации вплоть до микрометрового масштаба (одна тысячная миллиметра или 0,001 мм) и смогли наметить пространственное распределение напряженности поля Оверхаузера.

Их результаты показали, что это критическое свойство спина варьировалось по меньшей мере на 30% в стабильном и широко используемом полимерном OLED (SY-PPV) и почти на 60% в низкомолекулярном флуоресцентном устройстве (Alq3).

«Эти результаты показывают значительные проблемы, которые необходимо будет преодолеть в будущих попытках надежно миниатюризировать технологии зондирования на основе органических веществ для практического применения», – сказал профессор Дэйн МакКэми, который возглавляет исследовательскую группу в UNSW.

Первый автор статьи Билли Паппас, аспирант UNSW Sydney, сказал: «Миниатюризация органических устройств является важной вехой в способности интегрировать их в функциональные квантовые технологии, что затем позволяет эффективно масштабировать их для промышленного и коммерческого применения.

«Но если в устройстве есть большое разнообразие свойств, что мы и наблюдали, то чем меньше вы их делаете, тем больше влияние это изменение окажет на вашу способность воспроизводить устройство, которое ведет себя таким же образом.

«Если у вас есть вариация 30%, и вы делаете два небольших устройства, они будут выглядеть одинаково, но они могут вести себя очень по-разному. Если вы хотите использовать их для зондирования или логики, вы не получите одинаковые результаты от двух в остальном идентичных устройств из-за этой внутренней вариации».

Также было показано, что эффект поля Оверхаузера «пространственно коррелирует» (расположен в виде рисунка) на длинах до примерно семи микрометров. Это открывает возможность изготовления устройств в масштабе длины, где это свойство спина очень однородно.

Хотя это полезная информация для будущих попыток создания устройств, совместимых со спином, есть одна загвоздка — поле Оверхаузера только пространственно коррелируется в течение определенного периода времени, прежде чем изменить свое распределение.

«Мы заметили, что есть временная составляющая», — сказал Билли.

«Поэтому, если вы увеличите масштаб и сядете в одну конкретную область и повторите эти измерения, вы увидите кластеры, но они на самом деле развиваются с течением времени, эффективно изменяя их пространственное распределение.

«Эти изменения происходят в течение минуты или двух, поэтому очень сложно их определить».

Следующим шагом для исследователей является охлаждение их OLED до очень низких температур с использованием криостата для удаления термы.l флуктуации, прежде чем использовать метод, называемый оптически обнаруженным магнитным резонансом (ODMR), для измерения еще более точных пространственно-временных флуктуаций в этих спиновых свойствах.

Профессор МакКэми отмечает, что «хотя эта работа подчеркивает некоторые проблемы, которые необходимо решить для повторного производства устройств, также невероятно, что технология, используемая в коммерческих OLED-дисплеях, может быть использована для исследования этих тонких квантовых эффектов при комнатной температуре».