Fotofyzika nanostruktur rastrovací spektromikroskopií

Student: Sagwal Amandeep
Školitel: Mgr. Martin Švec, Ph.D., Fyzikální ústav AV ČR, svec@fzu.cz
Stav práce: zadaná

Anotace:

Opticky aktivní molekuly nabízejí klíčové vlastnosti pro využití jako zdroje jednotlivých fotonů, především díky svým malým rozměrům, dobře definovaným optickým přechodům a fotostabilitě [1]. Navíc mohou být elektricky řízeny, aby převáděly elektrický proud na světlo [2]. Interakce mezi takovými jednomolekulárními zdroji vede ke kvantové provázanosti jejich excitovaných stavů - excitonů - a silně závisí na přesné geometrii jednotlivých molekul v nanoskopickém měřítku [3,4]. Tento typ kvantové provázanosti má potenciál pro realizaci konceptů kvantových hradel - pokud jej bude možné ovládat [5].

Z jednotlivých opticky aktivních molekulárních prekurzorů sestavíme dobře definované excitonové krystaly dle vlastního návrhu, které budeme studovat pomocí spektroskopie v blízkém poli. Tato metoda umožňuje přímou identifikaci delokalizovaných vlastních stavů [6], typ interakce mezi excitovanými stavy, včetně tzv. temných energetických hladin. K tomuto účelu kombinujeme metodiky hrotově-zesíleného hyperspektrálního mapování a atomární silové mikroskopie. Přepínání excitonů bude dosaženo lokálními elektrickými nebo silovými poli. Naším záměrem je najít cestu k vytvoření excitonických krystalů s pokročilými funkcemi pro kvantové aplikace a ustavení metodiky.

Naše pracoviště je laboratoř SPLM (splm.fzu.cz) ve Fyzikálním ústavu, plně vybavená pro kryogenní mikroskopii rastrovací sondou (SPM) a optickou spektroskopii v nanoskopickém měřítku. Příslušný výzkumný obor se velice rychle rozvíjí a náš tým založený v roce 2019 si již vydobyl své místo v povědomí mezinárodní komunity díky svým příspěvkům.[6-8]

Předpokládané vlastnosti:

Literature:

1. C. Toninelli, et al. Single Organic Molecules for Photonic Quantum Technologies. Nat. Mater. 2021 DOI: 10.1038/s41563-021-00987-4. 2. K. Kuhnke et al. Atomic-Scale Imaging and Spectroscopy of Electroluminescence at Molecular Interfaces. Chem. Rev. 2017, 117, 5174–5222. 3. C. Hettich et al. Nanometer Resolution and Coherent Optical Dipole Coupling of Two Individual Molecules. Science 2002, 298, 385-389. 4. B. Nordén et al. Quantum entanglement: Facts and fiction – how wrong was Einstein after all? Q. Rev. Biophys. 2016, 49, E17. 5. M. Castellanos et al. On the Design of Molecular Excitonic Circuits for Quantum Computing: the Universal Quantum Gates. Phys. Chem. Chem. Phys. 2020, 22, 3048–3057. 6. J. Doležal et al. Real space visualization of entangled excitonic states in charged molecular assemblies. arXiv:2110.00310 7. J. Doležal et al. Mechano-Optical Switching of a Single Molecule with Doublet Emission. ACS Nano 2020, 14, 8931–8938. 8. J. Doležal et al. Exciton-Trion Conversion Dynamics in a Single Molecule. ACS Nano 2021, 15, 7694-7699.