Elektrisch instelbare nanoval vangt excitonen voor regelbare quantumlichtbronnen

Door de gate-spanning — een spanning waarmee het elektrische landschap in het materiaal wordt ingesteld — te veranderen, kunnen onderzoekers de omgeving van de geladen excitonen aanpassen. De deeltjes kunnen daardoor van vrij bewegend naar sterk opgesloten gaan. In die opgesloten toestand mogen ze niet langer alle mogelijke energieën aannemen, maar slechts specifieke, discrete energieniveaus. Die niveaus zijn zichtbaar in het licht dat het materiaal uitzendt .

Een onverwachte vondst

Het experiment was aanvankelijk bedoeld om een ander verschijnsel te bestuderen. Tijdens het onderzoeken van de gemaakte structuur zag het team echter een “ongewoon sterke en discrete lichtemissie uit een zeer klein gebied”. Dat afwijkende signaal bracht de onderzoekers ertoe de oorsprong ervan nader te onderzoeken .

Waarom dit echte quantumopsluiting is

De onderzoekers gebruikten optische spectroscopie bij lage temperaturen, waaronder metingen van fotoluminescentie en reflectie. Daarmee konden ze discrete, quantum-opgesloten excitontoestanden rechtstreeks waarnemen en volgen hoe die onder elektrische controle veranderden .

Duidelijk van elkaar gescheiden energieniveaus die met de aangelegde spanning verschuiven, gelden als kenmerkend bewijs voor echte quantumopsluiting. Het gaat daarmee niet alleen om de toevallige plaatselijke vastlegging van lichtgevende deeltjes.

Wat is nodig voor single-photonbronnen?

De volgende stap is volgens de onderzoekers een veel nauwkeurigere controle over de vorm en geometrie van de nanovallen. Daarnaast willen ze het systeem dichter bij een helder gedefinieerd tweedelig quantumregime brengen . In zo’n regime kan een quantumtoestand bijvoorbeeld tussen twee goed onderscheiden mogelijkheden wisselen.

Dat zou de weg kunnen vrijmaken voor bronnen die afzonderlijke fotonen uitzenden, experimenten met fotoncorrelaties en apparaten waarin quantum-informatie in materie wordt opgeslagen en via licht wordt overgedragen. Als de techniek ook in grotere reeksen nanovallen reproduceerbaar blijkt, kunnen elektrisch instelbare excitonvallen op termijn bijdragen aan quantumcommunicatie, fotonische processors en schaalbare netwerken die vaste-stof-quantumtoestanden met afzonderlijke fotonen verbinden .