III-V مدارهای فوتونی نیمه هادی نیمه هادی کوانتومی می شوند

0

III-V مدارهای فوتونی نیمه هادی نیمه هادی کوانتومی می شوند

III-V مدارهای فوتونی نیمه هادی نیمه هادی کوانتومی می شوند ساطع کننده های کوانتومی برای طیف وسیعی از فناوری ها از جمله LED ها ، لیزرها و به ویژه پروتکل های ارتباط کوانتومی فوتونی و محاسبات کلیدی هستند. تاکنون دانشمندان برای ایجاد منابع تک فوتونی با توجه به شکاف باند وسیع و خصوصیات نوری عالی خود به کاربید الماس و سیلیسیم (SiC) روی آورده اند. با این حال ، تلاش برای دستکاری و مسیریابی این نوع انتشار کوانتومی به صورت یکپارچه برای ایجاد سیستم های مقیاس پذیر ، نقایص این نیمه هادی ها را برجسته می کند.

دانشکده ها : اکنون Tsung-Ju Lu و Benjamin Lienhard ، و تیمی از محققان در انستیتوی فناوری ماساچوست (MIT) و دانشگاه سیتی نیویورک در ایالات متحده ، به رهبری Dirk Englund از MIT ، در یک نیمه هادی III-V انتشار دهنده های کوانتومی تولید کرده اند ، نیترید آلومینیوم (AlN). AIN در صنعت الکترونیک و الکترونیک فشار قوی از قبل کاملاً تثبیت شده است. با الگوسازی AlN با ساطع کننده های کوانتومی جاسازی شده ، آنها قادر بودند که انتشار دهنده ها را مستقیماً در یک مدار فوتونی ادغام کنند.

مدارهای فوتونی دریافت انتشار کوانتومی

لو ساطع کننده های کوانتومی را به عنوان منابع نوری توصیف می کند که از آنها فوتون های منفرد منتشر می شود. وی به Phys.org می گوید: “آنها به طور بالقوه می توانند حالت چرخش الکترونی داشته باشند که می تواند یک بیت کوانتوم یا کوبیت را تشکیل دهد ، که در آن ذرات منفرد نور ساطع شده از گسیل کوانتوم اطلاعات کوبیت را حمل می کنند.” در مسیریابی اطلاعات کیوبیت با استفاده از مدارهای تلفیقی فوتونیک است که مشکلاتی در گسیل کننده های کوانتومی تولید شده در الماس یا SiC بوجود می آیند ، زیرا محققان نمی توانند این مواد را به عنوان فیلم های نازک روی یک بستر ضریب شکست پایین ، که برای بازتاب کل داخلی فوتونیک لازم است ، رشد دهند. راهنمای موج

یک راه امیدوار کننده در این مورد ، ترکیب این مواد با مواد دیگری است که قبلاً به عنوان سکوهای مدار مجتمع فوتونیکی کاملاً تثبیت شده اند تا مسیر فوتون های تولید شده را دوباره طی کنند ، اما این امر ناکارآمدی های بالقوه را هنگام اتصال بین مواد مختلف به شما معرفی می کند. لو و همکارانش قبلاً یک سکوی فوتونیک AlN-on-sapphire ایجاد کرده بودند تا بتوانند با انتشار دهنده های کوانتومی کاملاً بررسی شده در مواد دیگر مانند الماس ارتباط برقرار کنند.

“از آنجا که AlN یکی از گسترده ترین باند گپ ها را در بین تمام مواد نیمه رسانا دارد ، طبیعی بود که ما بررسی کنیم آیا AlN می تواند میزبان انتشار دهنده های کوانتومی باشد که می توانند به راحتی یکپارچه شوند و به پلت فرم فوتونیک AlN-on-sapphire ما متصل شوند یا نه.” او می گوید

گرم به کمال

محققان با ویفرهای متشکل از نانومولارهای شش ضلعی AlN که در بالای یاقوت کبود رشد کرده اند و با بمباران مواد یون هلیوم با استفاده از میکروسکوپ یونی هلیوم ، برای تولید نقص مبتنی بر جای خالی که در آن یک اتم در شبکه کریستال وجود دارد ، ساطع کننده های کوانتومی در این ماده تولید می کنند. گم شده است مراکز نقص دارای یک ساختار سطح انرژی الکترونیکی شبیه به اتم ها هستند. به همین ترتیب ، مرکز نقص را می توان با تاباندن لیزر به حالت برانگیخته تحریک کرد و هنگامی که دوباره به حالت پایه فرو می رود ، یک فوتون منتشر می شود. این انتشارات تک فوتون دارای یک “ضد دسته کردن” مشخصه چون کوانتومی امیتر ساطع تنها یک فوتون در یک زمان، یک دوره محدود از زمان بین انتشار فوتون عبور می کند.

نیمه هادی ها به منظور میزبان انتشار دهنده های کوانتومی پایدار ، به تبلور بالا نیاز دارند. جذابیت این است که وقتی فیلم های AlN روی برخی از مواد دیگر رشد می کنند ، به عنوان مثال ، یاقوت کبود مانند کار فعلی ، برای ایجاد تبلور بالا باید کاملاً ضخیم باشد. در نتیجه ، هنگامی که محققان فیلم های نازک خود را که با یون های هلیوم و به دنبال آن بازپخت در دمای ۷۰۰ درجه سانتیگراد تشکیل شده اند ، تشکیل می دهند تا به شکل ساطع کننده های کوانتومی انجام شود ، اندازه گیری های فوتولومینسانس آنها با سر و صدای پس زمینه پوشانده می شود ، و این امر وجود مخلوط کننده های کوانتومی را پنهان می کند. خوشبختانه ، آنها دریافتند که عملیات دمای بالا در دمای حتی بالاتر از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد می تواند تبلور را به میزان کافی برای حل و فصل انتشارهای تک فوتونی بهبود بخشد.

محققان ساطع کننده های کوانتومی را در نمونه های آنیل شده در دمای ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد اندازه گیری و مشخص کردند که نشان داده شد با حفظ خلوص استثنایی تک فوتون ، تعداد دفع انتشار زیاد است ، همه در دمای اتاق کار می کنند. علاوه بر این ، با الگوبرداری از نمونه با عناصری مانند بازتابنده های توزیع شده Bragg ، فیلترهای طیفی ، شکاف پرتو و لبه یا اتصال دهنده های گریتینگ ، آنها می توانند به طور مستقیم انتشار دهنده های کوانتومی را در مدارهای فوتونی ادغام کنند ، و این نشان دهنده پتانسیل ایجاد انتشار دهنده های کوانتومی با کیفیت بالا است که به صورت یکپارچه در یک طیف گسترده ای از دستگاه های مبتنی بر AlN.

محققان بعد از ایجاد خصوصیات نوری عالی از آلاینده های کوانتومی AlN ، قصد دارند منشا origin دقیق آنها را مشخص کنند تا ببینند آیا آنها دارای چرخش هایی هستند که می توانند به صورت نوری کنترل شوند و به عنوان کیوبیت عمل کنند.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.