Forskere udvikler metoder til at opbygge funktionelle elementer i kvantecomputere

Forskere fra Far Eastern Federal University (FEFU, Vladivostok, Rusland), sammen med kolleger fra FEB RAS, Kina, Hong Kong, og Australien, fremstillet ultrakompakte lyskilder baseret på IR-emitterende kviksølvtellurid (HgTe) kvanteprikker (QD'er), de fremtidige funktionelle elementer af kvantecomputere og avancerede sensorer. En relateret artikel er publiceret i Lys:Videnskab og applikationer .

FEFU-forskere, sammen med kolleger fra den fjerne østlige afdeling af det russiske videnskabsakademi og udenlandske eksperter, designet en resonansgitterlaser printet på en overflade af tynd guldfilm, der tillader kontrol af nær- og midt-IR-strålingsegenskaberne af dæklag af kviksølvtellurid (HgTe) QD'er.

Nær- og mellem-IR-spektralområdet er yderst lovende for implementering af optiske telekommunikationsenheder, detektorer, og emittere, samt sensor og næste generations sikkerhedssystemer. Nyligt udviklede halvleder QD'er repræsenterer lovende nanomaterialer, der udsender lys præcis i dette område. Imidlertid, hovedproblemet er forbundet med grundlæggende fysiske begrænsninger (Fermi gyldne regel, Rekombination af snegl, etc.) dramatisk faldende intensitet af de IR-emitterende QD'er.

Forskere fra FEFU, og Institute of Automation and Control Processes (IACP FEB RAS) sammen med udenlandske kolleger for første gang overvandt denne begrænsning ved at anvende et særligt resonansgitter af nanostrukturer. Forskere dannede gitteret ved ultra-præcis direkte laserprint på overfladen af ​​en tynd film af guld.

"Plasmongitteret, vi udviklede, består af millioner af nanostrukturer arrangeret på guldfilmoverfladen. Vi producerede sådanne gitter ved hjælp af avanceret direkte laserbehandling. Denne fremstillingsteknologi er billig sammenlignet med eksisterende kommercielle litografibaserede metoder, let skalerbar, og tillader nem fremstilling af nanostrukturer over områder i cm-skala. Dette åbner op for muligheder for at anvende den udviklede tilgang til at designe nye optiske telekommunikationsenheder, detektorer, og emittere, inklusive den første IR-emitterende QD-baserede mikrolaser, " sagde forfatteren til værket, Aleksander Kuchmizhak, en forsker ved FEFU Center for Virtual and Augmented Reality.

Forskeren forklarer, at resonansgitteret omdanner pumpestrålingen til en særlig type elektromagnetiske bølger, der kaldes overfladeplasmoner. Sådanne bølger, forplanter sig over overfladen af ​​den mønstrede guldfilm inden for dæklaget af QD'er, give deres effektive excitationsforøgende fotoluminescensudbytte.

"For det synlige spektralområde, kvanteprikker er blevet syntetiseret i flere årtier. Kun nogle få videnskabelige grupper i verden, selvom, er i stand til at syntetisere QD'er til nær- og mellem-IR-området. Takket være plasmongitteret vi udviklede, som består af plasmon nanostrukturer arrangeret på en særlig måde, vi er i stand til at kontrollere de vigtigste lysemitterende egenskaber for sådanne unikke QD'er, for eksempel, ved gentagne gange at øge intensiteten og fotoluminescenslevetiden, reduktion af effektiviteten af ​​ikke-strålende rekombinationer, såvel som ved at skræddersy og forbedre emissionsspektrum." Sagde Alexander Sergeev, en seniorforsker ved IACP FEB RAS.

Forskeren bemærkede, at kvanteprikker er en lovende klasse af luminoforer. De syntetiseres ved en enkel og omkostningseffektiv kemisk metode, dette materiale er holdbart og i modsætning til organiske molekyler lider det ikke af nedbrydning.