Punti quantici costruiti per l'emissione di un singolo fotone
Un metodo per creare punti quantici consente loro di rilasciare singoli fotoni.L’approccio potrebbe supportare i sistemi di comunicazione quantistica e il calcolo quantistico fotonico.
Gli scienziati dell'Istituto di fisica Gleb Wataghin dell'Università statale di Campinas in Brasile hanno sviluppato un modo per produrre punti quantici semiconduttori che emettono singoli fotoni.Il passo potrebbe supportare la comunicazione quantistica e il calcolo quantistico fotonico.Il team ha utilizzato una tecnica di fabbricazione chiamata incisione locale delle goccioline per creare punti quantici con densità e simmetria inferiori, consentendo un’emissione stabile di singolo fotone.
I punti quantici sono strutture semiconduttrici su scala nanometrica che confinano elettroni e lacune.Quando eccitati da un laser, emettono luce a lunghezze d'onda.Poiché possono rilasciare singoli fotoni o coppie di fotoni entangled, sono componenti di tecnologie quantistiche come sistemi di comunicazione e processori quantistici fotonici.
Molti esperimenti si basano su punti quantici di arseniuro di indio e gallio prodotti attraverso il metodo di crescita Stranski-Krastanov.In questo processo uno strato di cristalli cresce sull'altro secondo la struttura reticolare del substrato.La tecnica spesso produce punti quantici con densità superficiale e variazione strutturale, rendendo difficile isolare gli emettitori di fotoni.I punti mostrano anche una durata radiativa di circa un nanosecondo e lasciano uno strato bagnante che può introdurre effetti elettronici.
Per affrontare questi problemi, i ricercatori hanno utilizzato l’incisione locale delle goccioline durante la crescita dei cristalli.Sulla superficie si formano goccioline metalliche che creano nanocavità.Queste cavità vengono poi riempite in modo controllato per produrre punti quantici con densità regolabile.
Le nanocavità erano riempite con un sottile strato di arseniuro di indio e gallio, spesso circa un nanometro.Ciò ha ridotto la tensione e migliorato il comportamento ottico.Le misurazioni hanno mostrato una densità superficiale compresa tra circa 0,2 e 0,3 punti quantici per micrometro quadrato, rendendo più semplice isolare gli emettitori.
Le strutture hanno anche prodotto un’emissione di fotoni più veloce.La durata radiativa è stata misurata a circa 300 picosecondi, circa tre volte più breve dei punti quantici prodotti utilizzando metodi di crescita convenzionali.
I ricercatori hanno anche regolato la concentrazione di indio per controllare la lunghezza d’onda della luce emessa.L'emissione potrebbe essere regolata tra circa 780 e 900 nanometri a temperature criogeniche, un intervallo utilizzato nei sistemi fotonici.
Il team ha anche esaminato la suddivisione della struttura fine, un parametro che determina se i punti quantici possono generare coppie di fotoni entangled nella polarizzazione.I valori misurati erano paragonabili ai risultati riportati in sistemi simili, indicando l’uso nella crittografia quantistica e nelle reti quantistiche.
