Een team onder leiding van Dr. Takashi Kuroda, senior onderzoeker, en dr. Marco Abbarchi, Onderzoeker, van het Quantum Dot Research Center, Nationaal Instituut voor Materiaalkunde, in gezamenlijk onderzoek met Hokkaido University, slaagde erin de kwantumtoestand van een halfgeleider kwantumpunt te beheersen, en het veranderen van de correlatie-energieën. Deze onderzoeksprestatie zal het mogelijk maken om niet-lineaire halfgeleiderapparaten te ontwikkelen die een stabiele aandrijving met een laag stroomverbruik mogelijk maken.

Wanneer een elektron en een proton in vacuüm bij elkaar worden gebracht, de twee deeltjes worden wederzijds aangetrokken door Coulomb-kracht en vormen een waterstofatoom. Als er nog een elektron of proton bij komt, het veellichameneffect zal resulteren in de vorming van een ionisch waterstofmolecuul dat in totaal drie deeltjes omvat.

Dit soort kwantumtoestand bestaat ook in vaste stoffen. Een paar van een elektron en een gat in een halfgeleider vormen een exciton, analoog aan een waterstofatoom. Als er nog een elektron of gat wordt toegevoegd, een complexe toestand van drie deeltjes, een geladen exciton genoemd, is gevormd. In een halfgeleider, in tegenstelling tot waterstof in vacuüm, het is mogelijk om elektronen en gaten in kwantumstippen op te sluiten, d.w.z., een extreem kleine ruimte in de orde van enkele nanometers, en een toename van de stabilisatie-energie van de multi-elektronische toestand kan worden verwacht.

In dit onderzoek, galliumarsenide (GaAs) kwantumstippen ingebed in aluminium galliumarsenide (AlGaAs), gefabriceerd door de druppelepitaxiemethode werden gebruikt. Deze methode is oorspronkelijk ontwikkeld door NIMS. Als een onderscheidend kenmerk van de kwantumstippen, de lengte van het kristalrooster is perfect afgestemd op het gast- en gastmateriaal.

Als resultaat, een ongekend schone kwantumstructuur werd gerealiseerd. We zijn erin geslaagd geladen excitonen te observeren door de fotonenemissiesignalen van enkele kwantumstippen te meten. Vooral, toen de stabilisatie-energie van geladen excitonen werd vergeleken met die van een kwantumputstructuur van hetzelfde type materiaal, waarvan voorheen bekend was dat het ~1 meV was, het bleek een waarde te hebben die meer dan 10 keer groter was. Deze toename in veellichaamsenergie is te wijten aan een opmerkelijke toename van de Coulomb-kracht tussen het veeldeeltjessysteem als gevolg van het inpakken van elektronen in een driedimensionale nanoruimte. Dit resultaat verduidelijkt voor het eerst het effect van opsluiting van een multi-elektrontoestand in een nanoruimte, die in het verleden niet bekend was, en is dus een resultaat met een extreem grote wetenschappelijke impact.

Vanuit het oogpunt van toegepaste technologie, omdat elektronencorrelatie ook de bron is van diverse soorten niet-lineaire effectapparaten zoals optische schakelapparaten en lasers, als de interactie-intensiteit kan worden gecontroleerd met behulp van nanostructuren, dit zal naar verwachting leiden tot de ontwikkeling van optische halfgeleiderinrichtingen die een stabiele aandrijving met een laag stroomverbruik mogelijk maken.