Puntos cuánticos creados para la emisión de un solo fotón
Un método para crear puntos cuánticos les permite liberar fotones individuales.El enfoque podría respaldar sistemas de comunicación cuántica y computación cuántica fotónica.
Científicos del Instituto de Física Gleb Wataghin de la Universidad Estatal de Campinas en Brasil desarrollaron una forma de fabricar puntos cuánticos semiconductores que emiten fotones individuales.El paso podría respaldar la comunicación cuántica y la computación cuántica fotónica.El equipo utilizó una técnica de fabricación llamada grabado local de gotas para crear puntos cuánticos con menor densidad y simetría, lo que permitió una emisión estable de fotón único.
Los puntos cuánticos son estructuras semiconductoras a nanoescala que confinan electrones y huecos.Cuando se excitan con un láser, emiten luz en longitudes de onda.Debido a que pueden liberar fotones individuales o pares de fotones entrelazados, son componentes de tecnologías cuánticas como sistemas de comunicación y procesadores cuánticos fotónicos.
Muchos experimentos se basan en puntos cuánticos de arseniuro de indio y galio producidos mediante el método de crecimiento de Stranski-Krastanov.En este proceso, una capa cristalina crece sobre otra según la estructura reticular del sustrato.La técnica suele producir puntos cuánticos con densidad superficial y variación estructural, lo que dificulta el aislamiento de los emisores de fotones.Los puntos también muestran vidas radiativas de aproximadamente un nanosegundo y dejan una capa humectante que puede introducir efectos electrónicos.
Para abordar estos problemas, los investigadores utilizaron grabado local de gotas durante el crecimiento de los cristales.Se forman gotas de metal en la superficie y crean nanocavidades.Luego, estas cavidades se llenan de forma controlada para producir puntos cuánticos con densidad ajustable.
Las nanocavidades se llenaron con una fina capa de arseniuro de indio y galio, de aproximadamente un nanómetro de espesor.Esto redujo la tensión y mejoró el comportamiento óptico.Las mediciones mostraron una densidad superficial de alrededor de 0,2 a 0,3 puntos cuánticos por micrómetro cuadrado, lo que facilita el aislamiento de los emisores.
Las estructuras también produjeron una emisión de fotones más rápida.La vida útil de la radiación se midió en unos 300 picosegundos, unas tres veces más corta que la de los puntos cuánticos producidos mediante métodos de crecimiento convencionales.
Los investigadores también ajustaron la concentración de indio para controlar la longitud de onda de la luz emitida.La emisión podría ajustarse entre aproximadamente 780 y 900 nanómetros a temperaturas criogénicas, un rango utilizado en sistemas fotónicos.
El equipo también examinó la división fina de la estructura, un parámetro que determina si los puntos cuánticos pueden generar pares de fotones entrelazados por polarización.Los valores medidos fueron comparables a los resultados informados en sistemas similares, lo que indica su uso en criptografía cuántica y redes cuánticas.
