Los investigadores de Basilea, Bochum y Copenhague han obtenido nuevos conocimientos sobre los estados de energía de los puntos cuánticos. Son nanoestructuras de semiconductores y bloques de construcción prometedores para la comunicación cuántica. Con sus experimentos, los científicos confirmaron ciertas transiciones de energía en puntos cuánticos que anteriormente solo teníanse ha predicho teóricamente: el llamado proceso de Auger radiativo. Para sus investigaciones, los investigadores de Basilea y Copenhague utilizaron muestras especiales que el equipo de la Cátedra de Física Aplicada del Estado Sólido de la Ruhr-Universität Bochum había producido. Los investigadores informan sus resultados enel periódico Nanotecnología de la naturaleza publicado en línea el 15 de junio de 2020.
Bloquear portadores de carga
Para crear un punto cuántico, los investigadores de Bochum utilizan procesos de autoorganización en el crecimiento de cristales. En el proceso, producen miles de millones de cristales de nanómetros de, por ejemplo, arseniuro de indio. En estos pueden atrapar portadores de carga,como un solo electrón. Esta construcción es interesante para la comunicación cuántica porque la información puede codificarse con la ayuda de espines portadores de carga. Para esta codificación, es necesario poder manipular y leer el espín desde el exterior. Durante la lectura, cuánticala información puede imprimirse en la polarización de un fotón, por ejemplo. Esto lleva la información más lejos a la velocidad de la luz y puede usarse para la transferencia cuántica de información.
Esta es la razón por la cual los científicos están interesados, por ejemplo, en lo que sucede exactamente en el punto cuántico cuando la energía se irradia desde afuera hacia el átomo artificial.
Transiciones de energía especiales demostradas
Los átomos consisten en un núcleo cargado positivamente que está rodeado por uno o más electrones cargados negativamente. Cuando un electrón en el átomo tiene una alta energía, puede reducir su energía mediante dos procesos bien conocidos: en el primer proceso, la energía esliberado en forma de un solo cuántico de luz un fotón y los otros electrones no se ven afectados. Una segunda posibilidad es un proceso Auger, donde el electrón de alta energía da toda su energía a otros electrones en el átomo. Este efecto fue descubierto en1922 por Lise Meitner y Pierre Victor Auger.
Aproximadamente una década después, el físico Felix Bloch describió teóricamente una tercera posibilidad: en el llamado proceso de Auger radiativo, el electrón excitado reduce su energía transfiriéndola a ambos, a un cuántico de luz y a otro electrón en el átomoUn punto cuántico semiconductor se asemeja a un átomo en muchos aspectos. Sin embargo, para los puntos cuánticos, el proceso de Auger radiativo solo se había predicho teóricamente hasta ahora. Ahora, la observación experimental ha sido realizada por investigadores de Basilea. Junto con sus colegas de Bochum yCopenhague, los investigadores con sede en Basilea Dr. Matthias Löbl y el profesor Richard Warburton han observado el proceso de Auger radiativo en el límite de un solo fotón y un electrón Auger. Por primera vez, los investigadores demostraron la conexión entre el proceso de Auger radiativo yóptica cuántica. Muestran que las mediciones de óptica cuántica con la emisión radiante de Auger se pueden utilizar como una herramienta para investigar la dinámicadel solo electrón.
Aplicaciones de puntos cuánticos
Utilizando el efecto de Auger radiativo, los científicos también pueden determinar con precisión la estructura de los niveles de energía mecánica cuántica disponibles para un solo electrón en el punto cuántico. Hasta ahora, esto solo era posible indirectamente a través de cálculos en combinación con métodos ópticos. Ahora, un método directose ha logrado la prueba. Esto ayuda a comprender mejor el sistema de mecánica cuántica.
Para encontrar puntos cuánticos ideales para diferentes aplicaciones, se deben responder preguntas como las siguientes: ¿cuánto tiempo permanece un electrón en el estado energéticamente excitado? ¿Qué niveles de energía forman un punto cuántico? ¿Y cómo se puede influir esto?mediante procesos de fabricación?
Diferentes puntos cuánticos en entornos estables
El grupo observó el efecto no solo en los puntos cuánticos en los semiconductores de arseniuro de indio. El equipo Bochum del Dr. Julian Ritzmann, el Dr. Arne Ludwig y el Profesor Andreas Wieck también logró producir un punto cuántico a partir del arseniuro de galio semiconductor. En ambos materialesEn sistemas, el equipo de Bochum ha logrado un entorno muy estable del punto cuántico, que ha sido decisivo para el proceso de Auger radiativo. Durante muchos años, el grupo de Ruhr-Universität Bochum ha estado trabajando en las condiciones óptimas para puntos cuánticos estables.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Ruhr-Universidad Bochum . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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