Kun rakenteeseen syötetään hilajännitteitä, tutkijat voivat muuttaa potentiaalimaisemaa, jonka trionit kokevat. Hiukkaset voidaan näin joko vangita tiukasti erillisiin kvanttitiloihin tai päästää liikkumaan vapaammin. Loukku on niin voimakas, että emittedyn valon spektrissä näkyy selvästi erillisiä energiatasoja .

Käytännössä tämä tarkoittaa, että valon ominaisuuksia ei tarvitse määrätä pelkästään materiaalin valmistusvaiheessa. Niitä voidaan säätää sähköisesti laitteen käytön aikana.

Yllättävä havainto käynnisti tutkimuksen

Tutkimusryhmä ei alun perin suunnitellut nanokorralin etsimistä. Laite oli rakennettu toisen ilmiön tutkimiseen, mutta rakenteen tarkastelun aikana tutkijat huomasivat hyvin pieneltä alueelta "epätavallisen voimakasta ja erillistä valonemissiota". Poikkeava signaali sai heidät selvittämään, mistä ilmiö johtui .

Miten todellinen kvanttisulkeutuminen varmistettiin?

Tutkijat käyttivät matalan lämpötilan optista spektroskopiaa, johon kuului fotoluminesenssi- ja heijastusmittauksia. Niiden avulla he havaitsivat suoraan kvantittuneita eksitonitiloja ja seurasivat, kuinka tilat muuttuivat sähköohjauksen mukana .

Hyvin erottuvien ja jännitteellä säädettävien energiatasojen ilmaantuminen on merkki todellisesta kvanttisulkeutumisesta – ei vain siitä, että hiukkaset olisivat sattumalta paikallisesti jumittuneet. Toisin sanoen loukku muuttaa eksitonien liikkeen diskreeteiksi kvanttitiloiksi, jotka voidaan nähdä valon spektrissä.

Tie kohti yksittäisten fotonien lähteitä

Seuraava tavoite on hallita nanokorralien geometriaa vielä tarkemmin ja viedä järjestelmä selkeästi määriteltyyn kaksitasoiseen kvanttiregiimiin . Tällainen järjestelmä voisi toimia perustana yksittäisten fotonien lähteille ja fotonien korrelaatiokokeille.

Pidemmällä aikavälillä tekniikka voisi auttaa yhdistämään aineeseen tallennettuja kvanttitiloja valoon, joka kuljettaa informaatiota optisissa verkoissa. Jos sähköisesti säädettävät eksitoniloukut pystytään toistamaan suurempina ryhminä, ne saattavat tulevaisuudessa palvella kvanttiviestintää, fotonisia prosessoreita ja skaalautuvia verkkoja, joissa kiinteän aineen kvanttitilat yhdistyvät yksittäisiin fotoneihin .

Kun rakenteeseen syötetään hilajännitteitä, tutkijat voivat muuttaa potentiaalimaisemaa, jonka trionit kokevat. Hiukkaset voidaan näin joko vangita tiukasti erillisiin kvanttitiloihin tai päästää liikkumaan vapaammin. Loukku on niin voimakas, että emittedyn valon spektrissä näkyy selvästi erillisiä energiatasoja .

Käytännössä tämä tarkoittaa, että valon ominaisuuksia ei tarvitse määrätä pelkästään materiaalin valmistusvaiheessa. Niitä voidaan säätää sähköisesti laitteen käytön aikana.

Yllättävä havainto käynnisti tutkimuksen

Tutkimusryhmä ei alun perin suunnitellut nanokorralin etsimistä. Laite oli rakennettu toisen ilmiön tutkimiseen, mutta rakenteen tarkastelun aikana tutkijat huomasivat hyvin pieneltä alueelta "epätavallisen voimakasta ja erillistä valonemissiota". Poikkeava signaali sai heidät selvittämään, mistä ilmiö johtui .

Miten todellinen kvanttisulkeutuminen varmistettiin?

Tutkijat käyttivät matalan lämpötilan optista spektroskopiaa, johon kuului fotoluminesenssi- ja heijastusmittauksia. Niiden avulla he havaitsivat suoraan kvantittuneita eksitonitiloja ja seurasivat, kuinka tilat muuttuivat sähköohjauksen mukana .

Hyvin erottuvien ja jännitteellä säädettävien energiatasojen ilmaantuminen on merkki todellisesta kvanttisulkeutumisesta – ei vain siitä, että hiukkaset olisivat sattumalta paikallisesti jumittuneet. Toisin sanoen loukku muuttaa eksitonien liikkeen diskreeteiksi kvanttitiloiksi, jotka voidaan nähdä valon spektrissä.

Tie kohti yksittäisten fotonien lähteitä

Seuraava tavoite on hallita nanokorralien geometriaa vielä tarkemmin ja viedä järjestelmä selkeästi määriteltyyn kaksitasoiseen kvanttiregiimiin . Tällainen järjestelmä voisi toimia perustana yksittäisten fotonien lähteille ja fotonien korrelaatiokokeille.

Pidemmällä aikavälillä tekniikka voisi auttaa yhdistämään aineeseen tallennettuja kvanttitiloja valoon, joka kuljettaa informaatiota optisissa verkoissa. Jos sähköisesti säädettävät eksitoniloukut pystytään toistamaan suurempina ryhminä, ne saattavat tulevaisuudessa palvella kvanttiviestintää, fotonisia prosessoreita ja skaalautuvia verkkoja, joissa kiinteän aineen kvanttitilat yhdistyvät yksittäisiin fotoneihin .