ايجاد منابع تك فوتونى توسط نقاط كوانتومى

ستاد ويژه توسعه فناورى نانو: مى توان از آزمايش هايى كه در زمينه محاسبات و ارتباطات كوانتومى انجام مى گيرند براى توسعه منابع نيمه هادى توليد سيگنال هاى فوتونى در پنجره اى به ابعاد ۳/۱ ميكرومتر استفاده كرد. ابزار مبتنى بر نقاط كوانتومى در سمينار CLEO/QELS در بالتيمور ايالات متحده معرفى شدند. اين دستاورد توسط دانشمندان موسسه تحقيقاتى توشيبا در اروپا و دانشگاه كمبريج انگلستان ايجاد شده است.
امروزه منابع تك فوتونى، به سختى ساخته مى شوند و ساخت آنها متكى بر نازك سازى اشعه ليزر يا تك اتم هاى برانگيخته است. مشكل اصلى، ساختارهاى پيچيده آنهاست كه جلوگيرى از خروج فوتون هاى چندگانه را دشوار خواهد كرد. در عوض گسيل دهنده هاى مبتنى بر نقاط كوانتومى ساخته شده در توشيبا هنگامى كه توسط پالس هاى كوتاه نورى تحريك مى شوند، تك فوتون ها را ايجاد مى كنند. در مجموع، روش نيمه هادى ذاتاً با پمپينگ الكتريكى سازگار است و بسيار ساده تر مى توان كارهاى بسته بندى و تجارى سازى آن را انجام داد.
«مارتين وارد» يكى از اعضاى تيم تحقيقاتى توشيبا گفت: «از لحاظ كنترل توليد فوتون هاى چندگانه، براى رسيدن به منبع تك فوتونى، ما به اندازه اى كمتر از آنچه با اشعه ليزر مى توان رسيد، دست يافته ايم. البته راه هاى ديگرى نيز براى توليد سيگنال هاى تك فوتونى مانند down-conversion وجود دارند. اما اين اولين بار است كه در طول موج هاى مربوط به سطوح ارتباطاتى از فرونشانى فوتون هاى چندگانه اى كه توسط نقاط كوانتومى توليد شده اند، استفاده مى شود.» در راستاى كسب اطمينان از اينكه تك فوتون ها مى توانند ايزوله و به داخل يك فيبر نورى هدايت شوند، تيم تحقيقاتى مربوطه مجبور به آموختن نحوه ساخت اشعه هاى پراكنده ساكن از نقاط كوانتومى As/GaAs، بودند كه ۴۵ نانومتر قطر و ۱۰ نانومتر ارتفاع دارند. اين نقاط از طريق اپيتاكسى كردن اشعه مولكولى بر يك سطح از GaAs در دماى ۵۰۰ درجه سانتيگراد رشد داده شده اند.
يك نقطه با طول موج بلند، بعد از توليد در داخل يك ميكروحفره ستونى جاى داده مى شود، كه از دو آيينه (بازتابنده هاى توزيع شده براگ) و يك فيلتر نورى براى بلوكه كردن تشعشعات ساطع شونده از تمام نقاط كوانتومى كوچكتر محيط اطراف به كار مى رود، تشكيل مى شود. در حال حاضر اين منبع در دماهاى نزديك به دماى انجماد عمل مى كند اما تيم دانشگاه كمبريج، مطمئن هستند كه مى توانند اين دما را تا سطوح عملى تر افزايش بدهند. «وارد» در اظهارات خود افزود: «نتيجه هاى اعلام شده در مقاله در دماهاى ۵ و۳۰ كلوين به دست آمده اند، اما نقاط با طول موج بلند بايد بتوانند در دماهاى بالاتر نيز عمل گسيل را انجام دهند، چون ما شاهد «لومينسانس» نورى در دماهاى بالاتر از ۲۰۰ كلوين بوده ايم و مطمئناً در آينده نيز براى خنك كردن ابزارهاى تجارى خود از مايعات سرمازا استفاده نخواهيم كرد.»