Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology en de Keio University onderzochten de excitatie en detectie van fotogegenereerde coherente fononen in polaire halfgeleider GaAs via een ultrasnelle laser met dubbele pompsonde voor kwantuminterferometrie.

Stel je een wereld voor waar computers kunnen opslaan, Actie, en verwerken informatie met exponentiële snelheden met behulp van wat we momenteel noemen als afvaltrillingen - hitte en geluid. Hoewel dit ons misschien doet denken aan een sciencefictionfilm, met de komst van het nanotijdperk, dit zal zeer binnenkort realiteit zijn. In de voorhoede hiervan staat onderzoek in een tak van het kwantumrijk:kwantumfotonica.

Natuurwetten helpen ons de efficiënte manieren van de natuur te begrijpen. Echter, hun toepassing op ons onvolmaakte leven omvat vaak de meest efficiënte manieren om de wetten van de fysica te gebruiken. Omdat het grootste deel van ons leven draait om de uitwisseling van informatie, het bedenken van snellere manieren van communiceren is altijd een prioriteit geweest. De meeste van deze informatie is gecodeerd in de golven en trillingen die gebruikmaken van elektromagnetische velden die zich voortplanten in de ruimte of vaste stoffen en willekeurig interageren met de deeltjes in vaste apparaten, het creëren van verspillende bijproducten:hitte en geluid. Deze interactie plant zich voort via twee kanalen, absorptie van licht of verstrooiing door licht, beide leiden tot willekeurige excitatie van atomen waaruit de vaste stof bestaat. Door deze willekeurige excitatie van deeltjes om te zetten in coherente, goed gecontroleerde trillingen van de vaste stof, we kunnen de rollen omdraaien - in plaats van licht te gebruiken, we kunnen geluid (lawaai!) gebruiken om informatie te transporteren. De energie van deze roostertrilling is verpakt in goed gedefinieerde bundels die fononen worden genoemd.

Echter, de reikwijdte hiervan is afhankelijk van het begrip van twee fundamentele punten:het genereren van de coherente fononen en de daaropvolgende levensduur waarvoor het zijn 'informatietransporterende vermogen' behoudt. Dit was het thema van de vraag die onderzoekers van Nakamura's laboratorium aan het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) probeerden te beantwoorden in samenwerking met Prof. Shikano, die bij Quantum Computing Center werkt, Keio-universiteit.

Optische fononen worden gebruikt om een ​​bepaalde trillingsmodus te beschrijven, die optreedt wanneer de naburige atomen van het rooster in de tegenovergestelde richting bewegen. "Omdat impulsieve absorptie (IA) en impulsief gestimuleerde Raman-verstrooiing (ISRS) dergelijke trillingen in het vaste rooster veroorzaken, wat leidt tot het ontstaan ​​van fononen, " beweert Nakamura, "ons doel was om licht te werpen op het verkleinen van deze tweedeling." De onderzoekers gebruikten dual pump-probe spectroscopie, waarbij een ultrasnelle laserpuls wordt gesplitst in een sterkere "pomp" om het GaAs-monster te exciteren en een zwakkere "sonde" -straal die op het "geschudde" monster wordt bestraald. De pomppuls wordt gesplitst in twee collineaire pulsen maar met een kleine verschuiving in hun golfpatroon om relatieve fasevergrendelde pulsen te produceren. De fononamplitude wordt versterkt of onderdrukt in de marges, afhankelijk van constructieve en destructieve interferentie (Fig. 1 en 2).

De sondebundel leest het interferentiepatroon van de franje door veranderingen in optische eigenschappen (reflectiviteit) van het monster af te lezen die ontstaan ​​als gevolg van de franjepatroonafhankelijke trillingen in het rooster. Deze methode om de veranderingen in golfpulsen af ​​te lezen om de monsterkarakteristieken te bepalen, wordt kwantuminterferometrie genoemd.

Nakamura en het team staat, "Dus, door de tijdvertraging tussen de pomppulsen te variëren in stappen die korter zijn dan de lichtcyclus en de pomp-sondepuls, we konden de interferentie tussen elektronische toestanden en die van optische fononen detecteren, die temporele kenmerken vertoont van het genereren van coherente fononen via licht-elektron-fonon-interacties tijdens de foto-excitatie." Van de kwantummechanische superpositie, de onderzoekers konden de informatie eruit zeven:het genereren van de fononen was dominant gekoppeld aan verstrooiing (ISRS).

Vooruitgang in generaties van ultrakorte optische pulsen hebben het vermogen om structurele samenstelling van materialen te onderzoeken en te manipuleren voortdurend gestimuleerd. Met de fundamenten die door dergelijke studies zijn gelegd om de trillingen in vaste stoffen te begrijpen, de volgende stap is om ze te gebruiken als bouwstenen voor transistors, apparaten, elektronische apparaten, en wie weet, binnenkort onze toekomst!

Het papier is geselecteerd als suggestie van een redacteur bij Fysieke beoordeling B .