Elektrycznie sterowany nanokorral więzi ekscytony i daje kontrolę nad światłem kwantowym

Przyłożenie napięcia do bramek układu modyfikuje krajobraz potencjału odczuwany przez naładowane ekscytony. W ten sposób można przechodzić między silnie uwięzionymi cząstkami, zajmującymi dyskretne stany kwantowe, a ekscytonami poruszającymi się bardziej swobodnie. Uwięzienie jest na tyle mocne, że w emitowanym świetle pojawiają się wyraźne poziomy energetyczne .

Niezwykły sygnał ujawnił odkrycie

Badanie nie zaczęło się od poszukiwania takiej pułapki. Naukowcy analizowali strukturę urządzenia pod kątem innego zjawiska, gdy zauważyli „niezwykle silną i dyskretną emisję światła z bardzo małego obszaru”. Nietypowy sygnał skłonił ich do sprawdzenia, skąd dokładnie pochodzi .

Co potwierdziło prawdziwe uwięzienie kwantowe?

Zespół wykorzystał niskotemperaturową spektroskopię optyczną, w tym pomiary fotoluminescencji i odbicia światła. Badacze bezpośrednio zaobserwowali dyskretne, kwantowo uwięzione stany ekscytonowe oraz prześledzili, jak zmieniają się one pod wpływem napięcia elektrycznego .

Dobrze rozdzielone poziomy energetyczne, których położenie można przestrajać napięciem, są charakterystycznym dowodem rzeczywistego uwięzienia kwantowego, a nie jedynie prostego zlokalizowania emisji w materiale.

Droga do źródeł pojedynczych fotonów

Najbliższym celem badaczy jest dokładniejsze kontrolowanie geometrii nanokorrali i doprowadzenie układu do wyraźnie zdefiniowanego reżimu dwupoziomowego . Taki układ mógłby znaleźć zastosowanie w źródłach pojedynczych fotonów i eksperymentach badających korelacje między fotonami.

W dalszej perspektywie technologia może umożliwić przechowywanie informacji kwantowej w materii i przenoszenie jej za pomocą światła. Jeśli elektrycznie przestrajane pułapki uda się powielać w większych, uporządkowanych układach, mogą one w przyszłości wspierać komunikację kwantową, procesory fotoniczne oraz skalowalne sieci łączące stany kwantowe w ciele stałym z pojedynczymi fotonami .