Una interfaz eficiente de materia de luz podría constituir la base de la comunicación cuántica. Sin embargo, ciertas estructuras que se forman durante el proceso de crecimiento interfieren con la señal.
Ciertas estructuras semiconductoras, los llamados puntos cuánticos, pueden constituir la base de la comunicación cuántica. Son una interfaz eficiente entre la materia y la luz, con fotones partículas de luz emitidas por los puntos cuánticos que transportan información a grandes distancias. Sin embargo, las estructurasforma por defecto durante la fabricación de puntos cuánticos que interfieren con la comunicación. Los investigadores de la Universidad de Basilea, Ruhr-Universität Bochum y Forschungszentrum Jülich han eliminado con éxito estas interferencias. Han publicado su informe en la revista Física de las comunicaciones desde el 9 de agosto de 2019.
Partículas ligeras capaces de transportar información a grandes distancias
Los puntos cuánticos se pueden realizar en semiconductores si los investigadores bloquean un electrón y un agujero electrónico, es decir, una carga positiva en una posición donde debería existir un electrón en un espacio restringido. Juntos, el electrón y el agujero electrónico forman un estado excitado.Cuando se recombinan, el estado excitado desaparece y se genera un fotón. "Ese fotón podría ser utilizado como portador de información en la comunicación cuántica a través de grandes distancias", dice el Dr. Arne Ludwig, de la Cátedra de Física Aplicada del Estado Sólido en Bochum.
Los puntos cuánticos fabricados en Bochum se generan en el material semiconductor arseniuro de indio. Los investigadores cultivan el material en un sustrato de arseniuro de galio. En el proceso, se forma una capa lisa de arseniuro de indio con un grosor de apenas una capa y media atómica.- la llamada capa humectante. Posteriormente, los investigadores generan pequeñas islas con un diámetro de 30 nanómetros y una altura de unos pocos nanómetros. Estos son los puntos cuánticos.
Interferencia de fotones de la capa humectante
La capa de humectación que debe depositarse en el primer paso causa problemas, ya que también contiene estados excitados de agujeros de electrones que se descomponen y pueden liberar fotones. En la capa de humectación, estos estados se descomponen aún más fácilmente que en los puntos cuánticosSin embargo, los fotones emitidos en el proceso no se pueden usar en la comunicación cuántica; más bien, generan un ruido estático en el sistema.
"La capa humectante cubre toda la superficie, mientras que los puntos cuánticos solo cubren una milésima parte del chip semiconductor, por eso la luz interferente es aproximadamente mil veces más fuerte que la luz emitida por los puntos cuánticos", explica Andreas Wieck, Jefede la Cátedra de Física Aplicada del Estado Sólido en Bochum ". La capa humectante irradia fotones a una frecuencia ligeramente más alta y a una intensidad mucho más alta que los puntos cuánticos. Es como si los puntos cuánticos emitieran el tono A de la cámara, mientras que la capa humectante emitióuna B que fue mil veces más fuerte "
capa adicional elimina interferencias
"Hemos podido ignorar esas interferencias excitando solo los estados de energía requeridos", dice Matthias Löbl de la Universidad de Basilea. "Sin embargo, si los puntos cuánticos se van a utilizar como unidades de información para aplicaciones cuánticas, podría ser idealcargarlos con más electrones. Pero en ese caso, los niveles de energía en la capa de humectación también serían excitados ", agrega Arne Ludwig.
El equipo de investigación ahora ha eliminado esta interferencia agregando una capa de arseniuro de aluminio que crece por encima de los puntos cuánticos en la capa humectante. Los estados de energía en la capa humectante se eliminan, lo que, a su vez, lo hace menos probable para electrones y electronesagujeros para recombinarse y emitir fotones.
Colaboración entre tres institutos de investigación
Las muestras para el proyecto actual fueron generadas por el Dr. Sven Scholz en la Cátedra RUB de Física Aplicada del Estado Sólido, cuyo trabajo fue galardonado con el premio de disertación por la Fundación Wilhelm y Else Heraeus en junio de 2019. Las medidas del tamaño deLas interferencias con y sin la capa de arseniuro de aluminio fueron realizadas por el equipo de la Universidad de Basilea, bajo los auspicios de Matthias Löbl, el Dr. Immo Söllner y el profesor Richard Warburton.El grupo de Forschungszentrum Jülich capturó imágenes de microscopio de alta resolución de las muestras.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Ruhr-Universidad Bochum . Original escrito por Julia Weiler; traducido por Donata Zuber. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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