محققان دانشکده فیزیک دانشگاه Würzburg برجهای بسیار کوچکی از مواد نیمهرسانا ساختهاند. ارتفاع این برجها حدود ۱۰ میکرومتر و قطر آنها یک یا دو میکرومتر است. با استفاده از این برجهای نقاط کوانتومی میتوان فوتونهای منفرد را به شکل هدفمند تولید و منتشر کرد.
استفاده از نانوبرجها برای انتشار فوتونهای منفرد
محققان دانشکده فیزیک دانشگاه Würzburg برجهای بسیار کوچکی از مواد نیمهرسانا ساختهاند. ارتفاع این برجها حدود ۱۰ میکرومتر و قطر آنها یک یا دو میکرومتر است.
درون این برجها ساختارهای خاصی قرار دارند که میتوانند نور نشر کنند. این ساختارها نقاط کوانتومی نامیده میشوند که میتوان ویژگیهای الکترونیکی و اُپتیکی آنها را در حین تولید تنظیم کرد.
امکان تولید تکفوتونها
استفان رایتزنشتاین از دانشگاه Würzburg میگوید: « با استفاده از این برجهای نقاط کوانتومی میتوان فوتونهای منفرد را به شکل هدفمند تولید و منتشر کرد. برای انتقال ایمن اطلاعات در رمزنویسی کوانتونی به چنین عناصر ساختاری نیاز است».
با این حال تاکنون تولید فوتونهای منفرد در این ساختارها فقط در دماهای زیر ۱۰۰ درجه سانتیگراد ممکن بوده است. بنابراین قبل از استفاده عملی از این مفهوم، باید بر موانع موجود غلبه کرد. به لطف توسعه این برجهای کوچک، نگاه جدیدی به نقاط کوانتومی ایجاد شده است.
ابزاری جدید برای آنالیز نقاط کوانتومی
فیزیکدانهای اشتوتگارت این نانوبرجها را مور دمطالعه قرار دادهاند. رایتزنشتاین میگوید: «این برجها ابزار جدیدی برای مطالعه ویژگیهای نقاط کوانتومی به روشی بیسابقه هستند».
گروه اشتوتگارت اثر غیرمنتظرهای به نام جفتشدن (کوپلینگ) غیرارتعاشی را کشف کردند. این امر نشاندهنده وجود برهمکنشهای قوی نور-ماده در این سامانه حالت جامد است. بنابر گفته پیتر میشلر «کشف این پدیده اثر بسیاری زیادی در طراحی و عملکرد نشر کنندههای کوانتومی مبتنی بر نقاط کوانتومی در آینده خواهد داشت».
ساختار برجهای کوچک
به دلیل ساختار خاص و تولید کاملاً بهینه این برجها، نگرش جدیدی ایجاد شده است. کیفیت این ساختارها در سطح جهانی بسیار بالاست. این ساختارهای کوچک از توالی پیچیدهای از لایههای ساخته شده از مواد نیمهرسانای آرسنید آلومینیوم و آرسنید گالیوم تشکیل شده است.
استفان رایتزنشتاین میگوید: «ساختار خاص این برجها آنها را به نوسانکنندههای اُپتیکی با کیفیت بالا تبدیل میسازد که فوتونهای منفرد را در هر سه بُعد و در مقیاس طول موج نور محدود میکند».
در مرکز این برجها حدود ۱۰۰ نقطه کوانتومی ساخته شده از ماده نیمهرسانای آرسنید گالیوم قرار دارد. رایتزنشتاین توضیح میدهد: « میتوان با استفاده از روشهای طیفسنجی خاص، یک نقطه کوانتومی منفرد را به صورت هدفمند وادار به ارتعاش در حالت اُپتیکی یک برج نموده و بدین ترتیب آزمایشهای فیزیکی بنیادی را در مورد برهمکنش نور با ماده اجرا کرد».
جزئیات این پژوهش در مجله Nature Photonics منتشر شده است.
