استفاده از یک ترانزیستور حاوی نقاط کوانتومی برای شمردن فوتون‌ها

در موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا یک ترانزیستور حاوی نقاط کوانتومی توسعه یافته است که می‌تواند فوتون‌های منفرد را بشمارد. این ابزار نیمه‌هادی که می‌توان آن را به راحتی درون قطعات الکترونیکی جای داد، حتی می‌تواند در دماهای بالا نیز کار کند.

در موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا یک ترانزیستور حاوی نقاط کوانتومی توسعه
یافته است که می‌تواند فوتون‌های منفرد را بشمارد. این ابزار نیمه‌هادی که می‌توان
آن را به راحتی درون قطعات الکترونیکی جای داد، حتی می‌تواند در دماهای بالا نیز
کار کند.

این ترانزیستور می‌تواند در ۸۳ درصد موارد یک، دو، یا سه فوتون را مورد شمارش قرار
دهد. این اولین شناساگر مبتنی بر ترانزیستور است که می‌تواند تعداد فوتون‌ها را
بشمارد. شمردن نیاز به یک پاسخ خطی و مرحله‌ای داشته و میزان پارازیت باید پایین
باشد. این قابلیت برای شکل‌های پیشرفته مترولوژی نوری دقیق، ضروری می‌باشد.

این شناساگر جدید که به نام QDOGFET خوانده می‌شود، حاوی حدود ۱۰۰۰ نقطه کوانتومی
می‌باشد. این نقاط به نحوی طراحی شده‌اند که پایین‌ترین سطح انرژی هر جزء را در
شناساگر دارا باشند.

اعمال یک اختلاف پتانسیل به ترانزیستور موجب ایجاد یک جریان درونی یا کانال می‌گردد.
فوتون‌ها وارد این شناساگر شده و انرژی آنها به الکترون‌های لایه جذب کننده نیمه‌هادی
منتقل می‌شود.

این امر موجب جدا شدن الکترون‌ها از حفراتی می‌گردد که آنها قبلاً اشغال کرده بودند.
با جذب هر فوتون، یک حفره دارای بار مثبت توسط نقاط کوانتومی به دام می‌افتد، در
حالی که الکترون معادل آن حفره به سوی کانال رانده می‌شود.

مقدار جریان در کانال به تعداد حفرات به دام افتاده توسط نقاط کوانتومی بستگی دارد.
دانشمندان می‌توانند با اندازه‌گیری پاسخ کانال، تعداد فوتون‌های شناسایی شده را
بشمارند.

این محققان نتایج کار خود را درمقاله‌ای با عنوان:

“Photon-number-discriminating detection using a quantum-dot, optically gated,
field-effect transistor”

منتشر کرده‌اند.