एकल फोटॉन उत्सर्जन के लिए निर्मित क्वांटम डॉट्स

ब्राज़ील में स्टेट यूनिवर्सिटी ऑफ़ कैंपिनास के ग्लीब वाताघिन फिजिक्स इंस्टीट्यूट के वैज्ञानिकों ने सेमीकंडक्टर क्वांटम डॉट्स बनाने का एक तरीका विकसित किया है जो एकल फोटॉन उत्सर्जित करता है।यह कदम क्वांटम संचार और फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटिंग का समर्थन कर सकता है।टीम ने कम घनत्व और समरूपता के साथ क्वांटम डॉट्स बनाने के लिए स्थानीय ड्रॉपलेट नक़्क़ाशी नामक एक निर्माण तकनीक का उपयोग किया, जिससे स्थिर एकल-फोटॉन उत्सर्जन की अनुमति मिली।

क्वांटम डॉट्स नैनोस्केल अर्धचालक संरचनाएं हैं जो इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को सीमित करती हैं।लेज़र द्वारा उत्तेजित होने पर, वे तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश उत्सर्जित करते हैं।क्योंकि वे व्यक्तिगत फोटॉन या उलझे हुए फोटॉन जोड़े जारी कर सकते हैं, वे संचार प्रणालियों और फोटोनिक क्वांटम प्रोसेसर जैसी क्वांटम प्रौद्योगिकियों के लिए घटक हैं।

कई प्रयोग स्ट्रांस्की-क्रास्टानोव विकास विधि के माध्यम से उत्पादित इंडियम गैलियम आर्सेनाइड क्वांटम डॉट्स पर निर्भर करते हैं।इस प्रक्रिया में, सब्सट्रेट की जाली संरचना के अनुसार एक क्रिस्टल परत दूसरे पर बढ़ती है।तकनीक अक्सर सतह घनत्व और संरचनात्मक भिन्नता के साथ क्वांटम डॉट्स उत्पन्न करती है, जिससे फोटॉन उत्सर्जकों को अलग करना मुश्किल हो जाता है।बिंदु लगभग एक नैनोसेकंड के विकिरण जीवनकाल को भी दिखाते हैं और एक गीली परत छोड़ते हैं जो इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव डाल सकती है।

इन मुद्दों को हल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने क्रिस्टल विकास के दौरान स्थानीय बूंद नक़्क़ाशी का उपयोग किया।धातु की बूंदें सतह पर बनती हैं और नैनोकैविटी बनाती हैं।फिर समायोज्य घनत्व के साथ क्वांटम डॉट्स उत्पन्न करने के लिए इन गुहाओं को नियंत्रित तरीके से भर दिया जाता है।

नैनोगुहाएं इंडियम गैलियम आर्सेनाइड की एक पतली परत से भरी हुई थीं, जो लगभग एक नैनोमीटर मोटी थी।इससे तनाव कम हुआ और ऑप्टिकल व्यवहार में सुधार हुआ।मापन से पता चला कि सतह का घनत्व लगभग 0.2 से 0.3 क्वांटम डॉट प्रति वर्ग माइक्रोमीटर है, जिससे उत्सर्जकों को अलग करना आसान हो गया है।

संरचनाओं ने तेजी से फोटॉन उत्सर्जन भी उत्पन्न किया।विकिरण जीवनकाल लगभग 300 पिकोसेकंड पर मापा गया, जो पारंपरिक विकास विधियों का उपयोग करके उत्पादित क्वांटम डॉट्स से लगभग तीन गुना कम है।

शोधकर्ताओं ने उत्सर्जित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य को नियंत्रित करने के लिए इंडियम सांद्रता को भी समायोजित किया।क्रायोजेनिक तापमान पर उत्सर्जन को लगभग 780 और 900 नैनोमीटर के बीच समायोजित किया जा सकता है, जो कि फोटोनिक प्रणालियों में उपयोग की जाने वाली सीमा है।

टीम ने बारीक संरचना विभाजन की भी जांच की, एक पैरामीटर जो यह निर्धारित करता है कि क्या क्वांटम डॉट्स ध्रुवीकरण-उलझे हुए फोटॉन जोड़े उत्पन्न कर सकते हैं।मापे गए मान समान प्रणालियों में रिपोर्ट किए गए परिणामों से तुलनीय थे, जो क्वांटम क्रिप्टोग्राफी और क्वांटम नेटवर्क में उपयोग का संकेत देते हैं।