Заблокируйте носители заряда
Чтобы создать квантовую точку, исследователи из Бохума используют процессы самоорганизации при росте кристаллов. В процессе они производят миллиарды кристаллов нанометрового размера, например, арсенида индия. В них они могут захватывать носители заряда, например, один электрон.
Эта конструкция интересна для квантовой коммуникации, поскольку информация может быть закодирована с помощью спинов носителей заряда. Для этого кодирования необходимо уметь манипулировать и читать спин извне.
Во время считывания квантовая информация может быть запечатлена в поляризации фотона, например. Затем он переносит информацию дальше со скоростью света и может использоваться для квантовой передачи информации.
Вот почему ученых интересует, например, что именно происходит в квантовой точке, когда энергия излучается извне на искусственный атом.
Продемонстрированы особые энергетические переходы
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 двумя хорошо известными процессами: в первом процессе энергия высвобождается в виде одного кванта света (фотона), а другие электроны остаются неизменными.
Вторая возможность – это процесс Оже, когда электрон высокой энергии отдает всю свою энергию другим электронам в атоме. Этот эффект был открыт в 1922 году Лизой Мейтнер и Пьером Виктором Оже.
Примерно десять лет спустя физик Феликс Блох теоретически описал третью возможность: в так называемом радиационном процессе Оже возбужденный электрон уменьшает свою энергию, передавая ее как световому кванту, так и другому электрону в атоме.
Полупроводниковая квантовая точка во многом напоминает атом. Однако для квантовых точек радиационный оже-процесс пока предсказан только теоретически. Теперь экспериментальное наблюдение было достигнуто исследователями из Базеля.
Вместе со своими коллегами из Бохума и Копенгагена исследователи из Базеля д-р. Матиас Лобл и профессор Ричард Уорбертон наблюдали радиационный оже-процесс в пределах одного фотона и одного оже-электрона. Впервые исследователи продемонстрировали связь между излучательным процессом Оже и квантовой оптикой.
Они показывают, что измерения квантовой оптики с радиационным оже-излучением можно использовать как инструмент для исследования динамики одиночного электрона.
Приложения квантовых точек
Используя радиационный эффект Оже, ученые также могут точно определить структуру квантово-механических уровней энергии, доступных для отдельного электрона в квантовой точке.
До сих пор это было возможно только косвенно, путем расчетов в сочетании с оптическими методами. Теперь прямое доказательство было получено. Это помогает лучше понять квантово-механическую систему.
Чтобы найти идеальные квантовые точки для различных приложений, необходимо ответить на следующие вопросы: сколько времени электрон остается в энергетически возбужденном состоянии?
Какие уровни энергии образуют квантовую точку? И как на это можно повлиять с помощью производственных процессов??
Различные квантовые точки в стабильной среде
Группа наблюдала эффект не только в квантовых точках в полупроводниках арсенида индия. Бохумская команда доктора. Юлиан Ритцманн, доктор. Арне Людвиг и профессор Андреас Вик также смогли создать квантовую точку из полупроводникового арсенида галлия.
В обеих материальных системах команда из Бохума достигла очень стабильного окружения квантовой точки, что сыграло решающую роль в радиационном процессе Оже. В течение многих лет группа в Рурском университете Бохума работает над оптимальными условиями для стабильных квантовых точек.