נקודות קוונטיות שנבנו עבור פליטת פוטון בודד

מדענים מהמכון לפיזיקה גלב וואטאגין של אוניברסיטת המדינה של קמפינס בברזיל פיתחו דרך לייצר נקודות קוונטיות מוליכים למחצה הפולטים פוטונים בודדים.הצעד יכול לתמוך בתקשורת קוונטית ובמחשוב קוונטי פוטוני.הצוות השתמש בטכניקת ייצור שנקראת תחריט טיפות מקומי כדי ליצור נקודות קוונטיות עם צפיפות וסימטריה נמוכים יותר, המאפשרות פליטת פוטון בודדת יציבה.

נקודות קוונטיות הן מבנים מוליכים למחצה בקנה מידה ננומטרי שכולאים אלקטרונים וחורים.כשהם נרגשים בלייזר, הם פולטים אור באורכי גל.מכיוון שהם יכולים לשחרר פוטונים בודדים או זוגות פוטונים סבוכים, הם מהווים רכיבים לטכנולוגיות קוונטיות כמו מערכות תקשורת ומעבדים קוונטיים פוטונים.

ניסויים רבים מסתמכים על נקודות קוונטיות אינדיום גליום ארסניד המיוצרות בשיטת הגידול של Stranski-Krastanov.בתהליך זה, שכבת גביש אחת צומחת על גבי אחרת בהתאם למבנה הסריג של המצע.הטכניקה מייצרת לעתים קרובות נקודות קוונטיות עם צפיפות פני השטח ושונות מבנית, מה שמקשה על בידוד פולטי פוטון.הנקודות מציגות גם משך חיים קרינתי של ננו-שנייה אחת ומשאירות שכבת הרטבה שיכולה להכניס אפקטים אלקטרוניים.

כדי לטפל בבעיות אלה, החוקרים השתמשו בתחריט טיפות מקומי במהלך צמיחת הגביש.טיפות מתכת נוצרות על פני השטח ויוצרות ננו-חללים.לאחר מכן ממלאים את החללים הללו בצורה מבוקרת כדי לייצר נקודות קוונטיות עם צפיפות מתכווננת.

הננו-חללים מולאו בשכבה דקה של אינדיום גליום ארסניד, בעובי ננומטר אחד.זה הפחית את המתח ושיפור ההתנהגות האופטית.המדידות הראו צפיפות פני השטח של כ-0.2 עד 0.3 נקודות קוונטיות למיקרומטר מרובע, מה שמקל על בידוד פולטים.

המבנים גם יצרו פליטת פוטון מהירה יותר.משך החיים הקרינה נמדד בכ-300 פיקושניות, קצר פי שלושה מנקודות קוונטיות שנוצרו בשיטות גידול קונבנציונליות.

החוקרים גם התאימו את ריכוז האינדיום כדי לשלוט באורך הגל של האור הנפלט.ניתן לכוון את הפליטה בין כ-780 ל-900 ננומטר בטמפרטורות קריוגניות, טווח המשמש במערכות פוטוניות.

הצוות בחן גם פיצול מבנה עדין, פרמטר שקובע אם נקודות קוונטיות יכולות ליצור זוגות פוטונים מסובכים בקיטוב.הערכים שנמדדו היו דומים לתוצאות שדווחו במערכות דומות, מה שמצביע על שימוש בהצפנה קוונטית וברשתות קוונטיות.