Новый взгляд на энергетические уровни в квантовых точках

Исследователи из Базеля, Бохум и Копенгаген обрели новый взгляд на энергетические состояния квантовых точек. Они полупроводниковых наноструктур и перспективных строительных блоков для квантовой коммуникации. В своих экспериментах ученые подтвердили определенные энергетические переходы в квантовых точках, которые ранее только были предсказаны теоретически: так называемый радиационный процесс Оже. Для их исследования, исследователи в Базеле и Копенгагена использовали специальные образцы, что команда от кафедры прикладной физики твердого тела в Рурского университета в Бохуме было произведено. Исследователи представляют результаты своей работы в журнале Nature нанотехнологии, опубликовал в интернете на 15 июня 2020 года.

Запереть носителей заряда

Для создания квантовых точек, исследователи Бохума использовать самоорганизующиеся процессы роста кристаллов. В процессе, они производят миллиарды наноразмерных кристаллов, например, арсенида индия. В этих они могут ловушки носителей заряда, например электронов. Эта конструкция представляет интерес для квантовой связи, так как информация может быть закодирована с помощью зарядов спинов. Для этого кодирования, надо уметь манипулировать и читать спин извне. Во время считывания, квантовая информация может быть напечатана в поляризации фотона, например. Это потом несет информацию дальше со скоростью света и может быть использовано для квантовой передачи информации.

Именно поэтому ученые заинтересованы, например, в том, что именно происходит в квантовой точке, когда энергии облучают извне на искусственный атом.

Специальные энергетические переходы показали

Атомы состоят из положительно заряженного ядра, окруженного одним или несколькими отрицательно заряженными электронами. Когда один электрон в атоме имеет высокую энергию, он может уменьшить свою энергию путем двух известных процессов: в первом процессе выделение энергии в форме одного кванта света (фотона) и других электронов не изменяются. Вторая возможность-это процесс Оже, где высокая энергия электрон отдает всю свою энергию другим электронам в атоме. Этот эффект был обнаружен в 1922 году Лиза Мейтнер и Пьер Виктор Оже.

Спустя около десяти лет, третья возможность была теоретически описана физик Феликс блох: в так называемых радиационных процесс Оже, возбужденного электрона уменьшает свою энергию, передавая ее как квант света и электрон в атоме. Полупроводниковой квантовой точке напоминает атом во многих аспектах. Однако для квантовых точек, радиационное процесс Оже были только теоретически так далеко прогнозировать. Теперь, экспериментальное наблюдение было достигнуто исследователями из Базеля. Вместе со своими коллегами из Бохума и Копенгаген, Базель-исследователей доктор Löbl Маттиас и профессор Ричард Уорбертон наблюдал радиационное процесс Оже-в пределе только один фотон и один электрон Оже. Впервые исследователи продемонстрировали связь между излучательной Оже-процесс и квантовая оптика. Они показывают, что квантовая оптика измерения радиационного излучения шнек может быть использован в качестве инструмента для исследования динамики одиночного электрона.

Применения квантовых точек

Используя радиационный эффект Оже, ученые смогут точно определить структуру квантовых уровней механической энергии для одного электрона в квантовой точке. До сих пор это было возможно только косвенно через расчеты в сочетании с оптическими методами. Теперь прямое доказательство было достигнуто. Это помогает лучше понять квантово-механической системе.

Для того, чтобы найти идеальных квантовых точек для различных приложений, на следующие вопросы должны быть даны ответы: сколько времени электрона остаются в энергетически возбужденном состоянии? Какие энергетические уровни квантовой точки? И как это может влиять посредством производственных процессов?

Различных квантовых точек в стабильных условиях

Группы наблюдали эффект не только в квантовых точках арсенида индия в полупроводниках. Бохумская д-р Джулиан Ritzmann, доктор Арне Людвиг и Профессор Андреас Вик также удалось произвести квантовые точки из полупроводника арсенида галлия. В обоих материальных систем, команды из Бохума добился очень стабильный окрестности квантовой точки, которая имеет решающее значение для радиационного процесса Оже. На протяжении многих лет, группа по Рурского университета в Бохуме работает на оптимальных условиях для стабильных квантовых точек.

сделать разницу: спонсорские возможности