Licht-Pšrchen aus Quantenpunkten

(Nanowerk News) Kleine Halbleiterstrukturen zeigen ähnliche Quanteneffekte wie einzelne Atome. Solche sogenannten Quantenpunkte nutzen Physiker der Universität Innsbruck, um paarweise Lichtteilchen zu produzieren. Das Team um Gregor Weihs kann so erstmals gezielt einzelne Photonenpaare erzeugen und auch direkt nachweisen.
Mit einem gepulsten Laser (rot) werden in Quantenpunkten gezielt einzelne Photonenpaare erzeugt
Mit einem gepulsten Laser (rot) werden in Quantenpunkten gezielt einzelne Photonenpaare erzeugt. (Foto: Uni Innsbruck)
Die Innsbrucker Physiker verwenden f√ľr ihr Experiment Quantenpunkte aus Indiumarsenid, einem Halbleitermaterial. Jeder Quantenpunkt besteht aus rund 10.000 Atomen und verh√§lt sich aufgrund seiner nanoskopischen Struktur √§hnlich wie ein einzelnes Atom. Mit fl√ľssigem Helium werden die in einem geschichteten Material eingebetteten Quantenpunkte stark abgek√ľhlt. Um Photonenpaare zu erzeugen, regen die Physiker die Quantenpunkte mit einem gepulsten Laserstrahl an. Die von einem einzelnen Quantenpunkt emittierten Photonen sammeln sie mit einem Mikroskop-Objektiv.
"Wir w√§hlen die Frequenz des Anregungslasers so aus", erkl√§rt Gregor Weihs vom Institut f√ľr Experimentalphysik der Universit√§t Innsbruck, "dass sie genau zwischen den Frequenzen der beiden Photonen liegt. So k√∂nnen wir das Photonenpaar eindeutig nachweisen, ohne dass der Anregungslaser unsere Messung st√∂rt."
Die Experimente der Gruppe um Gregor Weihs belegen, dass die neue Photonenpaarquelle extrem effizient arbeitet, es können gezielt einzelne Photonenpaare erzeugt werden.
"Dies ist ein grosser Vorteil gegen√ľber den heute g√§ngigen Quellen aus Halbleiterkristallen, bei denen die Photonen relativ unkontrolliert erzeugt werden", freut sich Weihs √ľber diesen Durchbruch. "Auch der technische Aufwand ist gegen√ľber den bisher entwickelten Einzelphotonenquellen deutlich geringer."
Geeignet f√ľr Chiptechnologie
"F√ľr viele Anwendungen ist es interessant, Photonenpaare kontrolliert und damit ununterscheidbar zu erzeugen", sagt Gregor Weihs. "Auch lassen sich diese Photonen miteinander verschr√§nken und so zum Beispiel f√ľr die Quantenkryptografie oder f√ľr optische Quantencomputer verwenden." Technologisch sind Quantenpunkte als Photonenquellen deshalb so interessant, weil sie analog zu herk√∂mmlicher Computerchip-Technologie auf einem Halbleiterchip integriert und mit optischen Schaltkreisen verbunden werden k√∂nnen.
Die international zusammengesetzte Forschergruppe der Universit√§t Innsbruck arbeitete bei dem Experiment mit Wissenschaftlern des Joint Quantum Institute in Maryland, USA, zusammen und wurde unter anderem vom Europ√§ischen Forschungsrat ERC und dem √∂sterreichischen Wissenschaftsfonds FWF unterst√ľtzt. Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift Physical Review Letters ver√∂ffentlicht ("Deterministic Photon Pairs and Coherent Optical Control of a Single Quantum Dot").
Source: Universität Innsbruck
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