Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST), in samenwerking met het Naval Research Laboratory, hebben ontdekt dat een bepaalde soort kwantumstippen waarvan niet algemeen werd aangenomen dat ze knipperen, doen.

En dan? We zullen, hoewel de knipperingen kort zijn - in de orde van nanoseconden tot milliseconden - kunnen zelfs korte fluctuaties resulteren in efficiëntieverliezen die problemen kunnen veroorzaken bij het gebruik van kwantumdots om fotonen te genereren die informatie verplaatsen in een kwantumcomputer of tussen knooppunten van een toekomstige hoog-beveiligde internet op basis van kwantumtelecommunicatie.

Naast het aantonen dat de stippen knipperen, het team suggereert ook een mogelijke boosdoener.

Wetenschappers beschouwen indiumarsenide en galliumarsenide (InAs/GaAs) kwantumstippen als veelbelovend als enkele fotonbronnen voor gebruik in verschillende toekomstige computer- en communicatiesystemen op basis van kwantumtechnologieën. In vergelijking met andere systemen, onderzoekers hebben de voorkeur gegeven aan deze kwantumstippen omdat ze niet leken te knipperen en omdat ze direct kunnen worden gefabriceerd in de soorten halfgeleideropto-elektronica die zich de afgelopen decennia hebben ontwikkeld.

Het NIST-onderzoeksteam dacht ook dat deze kwantumstippen perfect constant licht uitstraalden, totdat ze er een tegenkwamen die duidelijk knipperde (of "fluorescerend intermitterend, " in technische termen). Ze besloten om te kijken of ze anderen konden vinden die op een minder voor de hand liggende manier knipperden.

Terwijl de meeste eerdere experimenten de stippen in bulk onderzochten, het team testte deze stippen zoals ze in een echt apparaat zouden worden gebruikt. Met behulp van een extreem gevoelige foton-autocorrelatietechniek om subtiele handtekeningen van knipperen te ontdekken, ze ontdekten dat de stippen knipperen over tijdschalen variërend van tientallen nanoseconden tot honderden milliseconden. Hun resultaten suggereren dat het bouwen van fotonische structuren rond de kwantumstippen - iets wat je zou moeten doen om veel toepassingen levensvatbaar te maken - ze aanzienlijk minder stabiel kan maken als lichtbron.

"De meeste van de eerdere experimentele onderzoeken naar knipperende inInAs/GaAs-kwantumdots keken naar hun gedrag nadat de stippen waren gegroeid, maar voordat de omringende apparaten waren gefabriceerd, " zegt Kartik Srinivasan, een van de auteurs van het onderzoek. "Echter, er is geen garantie dat een kwantumdot niet knippert na de nanofabricage van een omringende structuur, die oppervlakken en potentiële defecten introduceert binnen 100 nanometer van de kwantumdot. We schatten de stralingsefficiëntie van de kwantumdots tussen ongeveer 50 en 80 procent nadat de fotonische structuren zijn vervaardigd, aanzienlijk minder dan de 100 procent efficiëntie die toekomstige toepassingen zullen vereisen."

Volgens Marcelo Davanço, een andere auteur van de studie, toekomstig werk zal zich richten op het meten van punten zowel voor als na de fabricage van het apparaat om beter te kunnen beoordelen of de fabricage inderdaad een bron is van de defecten waarvan wordt aangenomen dat ze het knipperen veroorzaken. uiteindelijk, de auteurs hopen te begrijpen welke soorten apparaatgeometrieën knipperen zullen vermijden terwijl ze de uitgezonden fotonen nog steeds efficiënt naar een bruikbaar transmissiekanaal leiden, zoals een optische vezel.

Het NIST Center for Nanoscale Science and Technology (CNST) is een nationale gebruikersfaciliteit voor nanotechnologie die innovatie mogelijk maakt door snelle toegang te bieden tot de tools die nodig zijn om nanostructuren te maken en te meten. Onderzoekers die geïnteresseerd zijn in toegang tot de hier beschreven technieken of die willen samenwerken aan hun toekomstige ontwikkeling, kunnen contact opnemen met Kartik Srinivasan.