美國杜克大學研究人員最新研製出超快LED，打破了熒光分子發射光子的速度紀錄，是普通級的1000倍，朝著實現超快速LED和量子密碼學邁出了重要一步。該研究結果刊登在10月12日的《自然·光子學》在線版上。

今年的諾貝爾物理學獎被授予在20世紀90年代初發明的藍光LED的科學家，因該發明促進了新一代明亮節能的LED燈以及彩色LED屏幕的發展。然而，這個(ge) 巨大研究成果在開關(guan) 時的慢速度卻限製了其作為(wei) 以光源為(wei) 基礎的通信。在一個(ge) LED裏，一眨眼的功夫原子被迫發射約1000萬(wan) 個(ge) 光子。而現代通信係統，運行速度比LED發射光子的速度快近千倍。為(wei) 了實現基於(yu) LED的光通信，研究人員必須提速光子發光材料。

在新研究中，這所大學的工程師通過在金屬納米立方體(ti) 和黃金膜之間添加熒光分子，加速其光子發射率達到前所未有的水平。該大學電氣與(yu) 計算機工程和物理助理教授麥肯·米克爾森說：“本研究的目標應用之一是超高速LED。雖然未來的設備可能不使用這個(ge) 精確方法，但對基礎物理卻至關(guan) 重要。”

米克爾森是研究金屬內(nei) 電磁場和自由電子之間相互作用的專(zhuan) 家。據物理學家組織網10月13日報道，在實驗中，他的團隊製造了75個(ge) 銀納米立方體(ti) ，並困住其內(nei) 的光，大大增加了光的強度。當熒光分子被放置在密集的光旁，分子發射光子的速度通過“珀塞爾效應”強化而更快。他們(men) 發現，將熒光分子放置在黃金薄膜和納米金屬的縫隙之間，它們(men) 的速度可以得到明顯提升。

要達到最大效應，研究人員需要調整間隙的諧振頻率以匹配分子響應的彩色光。在該論文的共同作者、這所大學電氣和計算機工程的教授大衛·史密斯、詹姆斯·B主任的幫助下，采用計算機模擬精確確定了納米立方和黃金薄膜之間所需間隙大小：竟然隻有20個(ge) 原子寬。研究人員說：“我們(men) 可以選擇具有合適尺寸的立方體(ti) ，使這個(ge) 縫隙具有納米級的精度，從(cong) 而創紀錄地提升熒光速度達1000倍。”

因為(wei) 實驗使用了許多隨機排列的分子，研究人員相信還能夠做得更好。他們(men) 計劃將個(ge) 別熒光分子精確置於(yu) 單個(ge) 納米立方體(ti) ，從(cong) 而實現熒光分子發射光子的更高速率。

研究人員說：“如果我們(men) 能準確設置分子，其將不隻是快速的LED，還可以有許多應用。如製造用於(yu) 量子密碼係統的快速單光子源，這種技術將支持安全通信，避免黑客入侵。”