Los efectos cuánticos se encuentran realmente en el mundo de las nanoestructuras y permiten una amplia variedad de nuevas aplicaciones tecnológicas. Por ejemplo, una computadora cuántica podría en el futuro resolver problemas que las computadoras convencionales necesitan mucho tiempo para manejar. En todo el mundo, los investigadores se dedican a un trabajo intensivo sobre los componentes individuales de las tecnologías cuánticas, que incluyen circuitos que procesan información utilizando fotones individuales en lugar de electricidad, así como fuentes de luz que producen tales cantidades individuales de luz. Acoplando estos dos componentes para producir óptica cuántica integradacircuitos en chips presenta un desafío particular.
Investigadores de la Universidad de Münster Alemania han desarrollado una interfaz que combina fuentes de luz para fotones individuales con redes nanofotónicas. Esta interfaz consiste en los llamados cristales fotónicos, es decir, materiales dieléctricos nanoestructurados que pueden mejorar un cierto rango de longitud de onda cuando la luzLos cristales fotónicos se utilizan en muchas áreas de investigación, pero no se habían optimizado previamente para este tipo de interfaz. Los investigadores se preocuparon especialmente por lograr esta hazaña de una manera que permitiera replicar los cristales fotónicos directamente mediante el uso deprocesos de nanofabricación.
"Nuestro trabajo muestra que no es solo en laboratorios altamente especializados y experimentos únicos que se pueden producir tecnologías cuánticas complejas", dice el físico Dr. Carsten Schuck, profesor asistente en la Universidad de Münster que dirigió el estudio junto con la Dra. Doris Reiter, igualmente un profesor asistente, que trabaja en el campo de la teoría del estado sólido. Los resultados podrían ayudar a hacer escalables las tecnologías cuánticas. El estudio ha sido publicado en la revista Tecnologías cuánticas avanzadas .
Fondo y método :
Como los fotones individuales obedecen las leyes de la física cuántica, los investigadores hablan de los emisores cuánticos con respecto a las fuentes de luz involucradas. Para su estudio, los investigadores consideraron los emisores cuánticos que están incrustados en nanodiamantes y emiten fotones cuando son estimulados por medio de electromagnéticosPara producir las interfaces deseadas, el objetivo de los investigadores era desarrollar estructuras ópticas adaptadas a la longitud de onda de los emisores cuánticos.
Las cavidades o agujeros en los cristales fotónicos son muy adecuados para atrapar la luz en volúmenes diminutos y hacer que interactúe con materia como, en este caso, los nanodiamantes. Jan Olthaus, estudiante de doctorado en física en el grupo de investigación junior de Doris Reiter, desarrolló teóricamenteconceptos y técnicas especiales de simulación asistida por computadora para calcular los diseños de estos cristales fotónicos.
Los diseños teóricamente desarrollados fueron producidos por físicos en el grupo de investigación junior encabezado por Carsten Schuck en el Centro de NanoTecnología y el Centro de Nanociencia Suave en la Universidad de Münster. El estudiante de doctorado Philipp Schrinner fabricó los cristales a partir de una película delgada de nitruro de silicio.Con este propósito, utilizó la litografía moderna con haz de electrones y métodos especiales de grabado en el equipo de la Instalación de Nanofabricación de Münster y logró producir cristales de alta calidad directamente en el material base de dióxido de silicio.
Al estructurar los cristales, los investigadores variaron no solo el tamaño y la disposición de las cavidades, sino también el ancho de la guía de ondas en la que se colocaron las cavidades. Los resultados medidos mostraron que los cristales fotónicos mostraron una variación especial en los tamaños de los agujerosfueron los más adecuados para las interfaces.
"Nuestra colaboración, entre físicos teóricos y experimentales, es ideal para la investigación física", dice Doris Reiter. "Este tipo de colaboración no siempre es fácil, ya que nuestros respectivos métodos de trabajo a menudo son muy diferentes,- por eso estamos más encantados de que haya resultado tan bien en el caso de nuestros dos grupos de investigación junior "." Lo que es especial acerca de nuestro trabajo ", agrega Carsten Schuck," es que nuestros diseños no requieren ningún tipo adicionalpasos de procesamiento, porque son compatibles con la tecnología establecida de película delgada para circuitos fotónicos integrados. "Esto no puede darse por sentado en el desarrollo de tecnologías cuánticas complejas, porque aunque los investigadores a menudo logran producir un componente importante y de alta calidad como uno único-off, no pueden producir copias múltiples del mismo componente nuevamente.
Los siguientes pasos para los investigadores implican tratar de colocar los emisores cuánticos, incrustados en los nanodiamantes, en ciertos puntos de los cristales fotónicos, con el objetivo de poner en práctica los resultados del estudio. Con este fin, el equipo dirigiópor Carsten Schuck ya está desarrollando una técnica especial de nanofabricación que puede, por ejemplo, colocar un diamante de solo 100 nanómetros de tamaño con una precisión de menos de 50 nanómetros. El equipo de físicos teóricos dirigido por Doris Reiter quiere extender los estudiosa sistemas de otros materiales y geometrías más complejas de cristales fotónicos y, por ejemplo, usar agujeros elípticos en lugar de redondos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Münster . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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