Новые квантовые точки впервые удалось заставить излучать одиночные фотоны

[donmigel_62]

Новые квантовые точки впервые удалось заставить излучать одиночные фотоны

Японские физики сумели заставить галлий-нитридные квантовые точки при комнатной температуре излучать одиночные фотоны , и это, возможно, очень важный шаг на пути к квантовым компьютерам.

Галлий-нитридные квантовые точки — это полупроводники с широкой запрещённой зоной и одновременно завидной стабильностью. Они хороши как при высокой температуре, так и в агрессивных химических условиях, а кроме того, имеют довольно высокое напряжение пробоя и способны порождать фотоны в широком диапазоне — от ультрафиолетового до инфракрасного.

Однако самая перспективная область их применения — однофотонные источники, где они могут стать основой для передачи данных внутри квантовых компьютеров, — пока не очень-то развивалась, поскольку качество экспериментальных квантовых точек такого состава оставляло желать лучшего.

Ясухико Аракава (второй слева) и его группа (фото University of Tokyo).

Группа во главе с Ясухико Аракавой (Yasuhiko Arakawa) из Токийского университета (Япония) использовала для создания своих квантовых точек избирательное металлоорганическое химическое парофазное осаждение ("selective-area metal-organic" chemical vapour deposition), в котором выращивание точек начиналось с сапфировой подложки, покрытой слоем нитрида алюминия толщиной 25 нм. На него нанесли ещё 25 нм диоксида кремния, затем обработали полученную поверхность методом электронно-лучевой литографии и травления химически активными ионами. Благодаря этому на поверхностях появились отверстия диаметром 25 нм, в которых по отдельности и выращивались галлий-нитридные нановолокна.


В отличие от любого предшествовавшего процесса по выращиванию таких квантовых точек, этот метод позволил точно выбрать то место на подложке, где такая точка будет «культивирована», — а без этого создание устройств с нужными заданными параметрами невозможно, подчёркивают исследователи.

Чтобы заставить точки быть однофотонным источниками, после выращивания их подвергали облучению короткими фемтосекундными лазерными импульсами. Проверить, что от каждой точки исходило не более фотона, удалось при помощи расщепления светового потока на две части и направления его к двум раздельным детекторам. «В случае чистого однофотонного источника мы не должны были увидеть регистрацию фотонов сразу на двух детекторах. И действительно, именно так и получилось — впервые для этого типа квантовых точек», — рассказывает Марк Холмс (Mark Holmes), один из авторов работы.

Ещё важнее то, что однофотонными источниками их удалось сделать при комнатной температуре. Именно на таких источниках должна функционировать система передачи информации в квантовых компьютерах, и пока для подобных схем нужно исключительное охлаждение, делающее их неудобными и дорогими. Получилось это именно благодаря возможности точно привязать выращиваемые квантовые точки к нужному месту подложки. В итоге квантовые точки имели при работе меньше спектральных загрязнений, которые могут привести к неверному приёму сигнала получающим устройством. Поэтому, даже несмотря на высокую температуру, их фотон всё ещё можно надёжно зарегистрировать.

Нановолокно, излучающее одиночный фотон при 300 К (иллюстрация Yasuhiko Arakawa et al.).

Сейчас исследователи ломают голову над тем, как контролировать однофотонные излучатели с помощью уже не лазерных импульсов, а обычного тока. Это позволило бы сделать будущие квантовые устройства на такой базе более практичными.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nano Letters.

Подготовлено по материалам nanotechweb.org.
Александр Березин

Comments

Re: Простите, что влезаю, но...

[profi.livejournal.com]

Не за что!