Đột phá lượng tử: 'Chuồng nano' tĩnh điện đầu tiên điều khiển được ánh sáng bằng điện áp

Bằng cách thay đổi điện áp cổng (gate voltage) tác dụng lên cấu trúc, các nhà khoa học có thể làm biến dạng 'khung cảnh' thế năng mà các exciton mang điện trải qua. Điều này cho phép chuyển đổi giữa trạng thái hạt bị giam giữ mạnh (với các mức năng lượng lượng tử rời rạc) và trạng thái chuyển động tự do. Sự giam giữ đủ mạnh đến mức các mức năng lượng riêng biệt hiện rõ trong ánh sáng phát ra .

Phát hiện tình cờ

Đáng chú ý, dự án ban đầu không nhằm mục đích tạo ra 'cái bẫy' này. Nhóm nghiên cứu đang tìm hiểu một hiệu ứng vật lý khác thì tình cờ phát hiện ra "một tín hiệu phát xạ ánh sáng mạnh bất thường và rời rạc từ một vùng cực kỳ nhỏ". Tín hiệu bất thường này đã thúc đẩy họ điều tra nguồn gốc của nó .

Bằng chứng xác nhận sự giam giữ lượng tử thực sự

Sử dụng kính hiển vi quang học ở nhiệt độ thấp – bao gồm các phép đo quang phát quang (photoluminescence) và phản xạ (reflectance) – nhóm đã quan sát trực tiếp các trạng thái exciton bị giam giữ trong giếng lượng tử rời rạc và theo dõi sự thay đổi của chúng dưới tác động của điện trường bên ngoài . Sự xuất hiện của các mức năng lượng rõ ràng, có thể điều chỉnh bằng điện áp chính là dấu hiệu đặc trưng của sự giam giữ lượng tử thực sự, chứ không phải là sự định xứ thông thường.

Những bước tiếp theo: Hướng tới nguồn photon đơn và mạng lượng tử

Các nhà nghiên cứu cho biết mục tiêu tiếp theo là kiểm soát chính xác hơn hình dạng của các 'chuồng nano' và đưa hệ thống tiến tới một chế độ lượng tử hai mức rõ rệt .

Đạt được chế độ này có thể hỗ trợ việc tạo ra các nguồn phát photon đơn, các thí nghiệm tương quan photon, và các thiết bị nơi thông tin lượng tử được lưu trữ trong vật chất và truyền đi qua ánh sáng. Nếu kỹ thuật này có thể được tái tạo trên các mảng lớn hơn, các bẫy exciton có thể điều chỉnh bằng điện sẽ đóng góp vào các hệ thống truyền thông lượng tử, bộ xử lý quang tử và các mạng có khả năng mở rộng, kết nối các trạng thái lượng tử ở thể rắn với các photon riêng lẻ .