José Tadeu Arantes, FAPESP

Robert Egan tərəfindən redaktə edilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Qrafik xülasə. Müəllif: Nano Letters (2026). DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c04426

Kvant rabitəsi və fotonik kvant hesablama kimi işığa əsaslanan kvant texnologiyaları fərdi fotonların etibarlı mənbələrini və ideal olaraq dolaşıq foton cütlərini tələb edir. Yarımkeçirici kvant nöqtələri bu məqsəd üçün perspektivli namizədlərdir. Bu nanostrukturlar izolyatorlar və keçiricilərin elektrik keçiriciliyi arasında elektrik keçiriciliyinə malikdir və elektronları və dəlikləri məhdudlaşdıra bilir. Bu xüsusiyyət onların lazerlə həyəcanlandıqda yaxşı müəyyən edilmiş tezliklərdə işıq yaymasına səbəb olur.

Lakin, ənənəvi istehsal üsullarının əhəmiyyətli məhdudiyyətləri var, o cümlədən tək bir emitenti təcrid etməyi çətinləşdirən çox yüksək nöqtə sıxlığı; dolaşıqlığı pozan struktur asimmetriyaları; nisbətən uzun emissiya müddətləri; və işığın keyfiyyətini azaldan elektron “səs-küy”. Çətinlik daha simmetrik, daha sürətli və daha proqnozlaşdırıla bilən, inteqrasiya olunmuş fotonik cihazlar üçün daha uyğun dalğa uzunluqlarında işıq yayan kvant nöqtələri istehsal etməkdir.

Beynəlxalq komandanın yeni nöqtə dizaynı

Beynəlxalq əməkdaşlıq yolu ilə aparılan bir araşdırma, simulyasiya, təhlükəsiz rabitə və fotonik hesablama kimi kvant texnologiyası tətbiqləri üçün ideal optik xüsusiyyətləri qoruyarkən daha uzun dalğa uzunluqlarında işıq saçmağa qadir olan yarımkeçirici kvant nöqtələrinin istehsalı üçün yeni bir strategiya nümayiş etdirdi. Tədqiqatın aparıcı müəllifi Braziliyadakı Kampinas Dövlət Universitetinin Qleb Vatagin Fizika İnstitutunun (IFGW-UNICAMP) tədqiqatçısı Saimon Filipe Covre da Silva idi. Tədqiqat Nano Letters jurnalında dərc olunub .Molekulyar şüa epitaksisi sistemi tək fotonlu emitentlərin yetişdirilməsi üçün istifadə olunur. Avstriyanın Linz şəhərindəki Yohannes Kepler Universitetinin Yarımkeçiricilər şöbəsində yerləşən bu sistem, Braziliyalı tədqiqatçı Saimon F. Covre da Silva tərəfindən laboratoriyaya rəhbərlik edərkən istifadə edilmişdir. İndi FAPESP-dən maliyyələşdirmə ilə Silva Braziliyada ilk dəfə olaraq oxşar avadanlıq əldə edir. Mənbə: Saimon Filipe Covre da Silva/IFGW-UNICAMP

Silva deyir: “İşlərimiz göstərdi ki, alüminium qallium arsenidində [AlGaAs] aşağı səth sıxlığına, sürətli foton emissiyasına və yüksək struktur simmetriyasına malik indium qallium arsenid [InGaAs] kvant nöqtələri yaratmaq mümkündür ki, bunlar tələb üzrə tək fotonlu və dolaşıq foton mənbələri üçün vacib xüsusiyyətlərdir”.

Kvant optikası sahəsində bir çox qabaqcıl təcrübələrdə Stranski-Krastanov (SK) metodu ilə yetişdirilən InGaAs kvant nöqtələrindən istifadə edilmişdir. Bu epitaksial böyümə rejimi, substratın kristalloqrafik istiqamətini izləyərək, yəni əsasın kristal qəfəsi ilə müəyyən edilmiş hizalanma ilə bir kristalın digər kristalın üzərində böyüməsini əhatə edir. 1930-cu illərdə bolqar fizikləri İvan Stranski (1897–1979) və Lyubomir Krastanov (1904–1971) təbəqə böyüməsindən üçölçülü adaların əmələ gəlməsinə keçidi təsvir edən nəzəri bir model hazırlamışlar. Yuxarıda qeyd olunan təcrübələrdə bu adalar kvant nöqtələrini təşkil edir.

Səmərəli olsa da, metod aşağıdakı çatışmazlıqlara malik kvant nöqtələri yaradır: yüksək səth sıxlığı, yüksək struktur dəyişkənliyi və təxminən 1 nanosaniyəlik nisbətən uzun radiasiya ömrü.

Bu üsul həmçinin substratı “isladan” nazik, davamlı, ikiölçülü ilkin çöküntü material təbəqəsi olan “islanma təbəqəsinin” arzuolunmaz şəkildə qorunmasına gətirib çıxarır. Təbəqə kritik qalınlığa çatdıqdan sonra böyümə düz şəkildə baş vermir və nəticədə üçölçülü adacıqlar əmələ gəlir. Yetişdirilən materiallar müxtəlif ölçülərə malikdir və gərginlik altında böyüyür. Bu gərginlik adacıqların əmələ gəlməsinə səbəb olur, eyni zamanda işıq mənbələri üçün mənfi cəhətlər yaradır.

Bu xüsusiyyətlər fərdi nöqtələrin optik şəkildə həllini çətinləşdirir və dekoherensiya yarada bilər ki, bu da tək fotonlar və ya dolaşıq foton cütləri tələb edən tətbiqləri pozur. Bu səbəbdən, son illərdə lokal damcı aşındırma (LDE) kimi tanınan alternativ bir yanaşma populyarlıq qazanmışdır. Bu üsulda, epitaksial böyümə zamanı kiçik metal damcıları (adətən qallium və ya alüminium) əmələ gəlir və materialın səthində demək olar ki, eyni nanoboşluqlar yaradır. Daha sonra bu boşluqlar tənzimlənən sıxlığa malik yüksək simmetrik kvant nöqtələri yaratmaq üçün idarə olunan şəkildə doldurula bilər.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Yerli damcı aşındırma necə kömək edir

İndiyə qədər bu texnika əsasən alüminium qallium arsenidində (AlGaAs) qallium arsenid (GaAs) kvant nöqtələri istehsal etmək üçün istifadə olunurdu. Bu kvant nöqtələrinin optik emissiyası aşağı temperaturlarda GaAs zolaq boşluğu ilə müəyyən edilən 815 nanometrə yaxın dalğa uzunluqları ilə məhdudlaşır.

Yeni tədqiqat bu üfüqü genişləndirir. Tədqiqatçı qeyd edir ki, “Biz göstərdik ki, alüminium qallium arsenidində qazılmış nanoboşluqları təxminən 1 nanometr qalınlığında nazik bir təbəqə ilə indium qallium arsenidlə doldurmaqla, demək olar ki, mexaniki deformasiyadan azad və əla optik xüsusiyyətlərə malik kvant nöqtələri əldə etmək mümkündür”.

Nominal indium (In) fraksiyası 0,1 ilə 0,4 arasında dəyişdi ki, bu da emissiya dalğa uzunluğunun tənzimlənməsinə imkan verdi. Mikrofotolüminesans ölçmələri kvadrat mikrometrə 0,2 ilə 0,3 kvant nöqtəsi (μm⁻²) arasında olduqca aşağı səth sıxlığını aşkar etdi. Bu arada, kvant nöqtələri 300 pikosaniyəyə (ps) yaxın olduqca qısa şüalanma ömrü nümayiş etdirdi ki, bu da eyni spektral diapazonda Stranski-Krastanov metodu ilə yetişdirilən indium qallium arsenid kvant nöqtələrində müşahidə edilənlərdən təxminən üç dəfə qısadır.

Genişləndirilmiş dalğa uzunluqları və əsas ölçülər

Tədqiqatın əsas nəticələrindən biri emissiya dalğa uzunluğunun uzanmasıdır. Tədqiqatçılar indium konsentrasiyasını artırmaqla emissiyada mütərəqqi bir dəyişiklik müşahidə etdilər və bu, 10 kelvin (K) ətrafında kriogen temperaturda 780 ilə təxminən 900 nanometr arasında tənzimlənə bilər.

Silva şərh edir ki, “Bu diapazon xüsusilə inteqrasiya olunmuş fotonika üçün aktualdır, çünki AlGaAs strukturlarında səpələnmə və udma səbəbindən optik itkilər dalğa uzunluğunun artması ilə azalır. Həmçinin, bu spektral diapazon artıq ənənəvi InGaAs kvant nöqtələri üçün hazırlanmış optik texnologiyalarla uyğun gəlir”.

Təhlil edilən digər vacib parametr incə struktur parçalanması (FSS) idi. Bu kəmiyyət polyarizasiya ilə dolaşıq foton cütlərinin yaradılması üçün vacibdir. Tədqiqat damcı qazıntısı ilə GaAs kvant nöqtələri ilə əldə edilən ən yaxşı nəticələrə bənzər dəyərlər təqdim etdi.

Praktik baxımdan, bu cür kiçik dəyərlər kvant kriptoqrafiyasında və kvant şəbəkələrində tətbiq üçün yüksək potensiala işarə edir, burada dolaşıqlıq mərkəzi xüsusiyyətdir. Təcrübə göstərdi ki, işıq mənbəyi demək olar ki, heç vaxt eyni vaxtda iki foton buraxmır, əksinə bir anda bir foton yayır – tam olaraq tək fotonların etibarlı mənbəyindən gözlənilən davranış.

Silva qeyd edir ki, “Aşağı sıxlıq, yüksək simmetriya, sürətli emissiya və geniş dalğa uzunluğunun birləşməsi bu yeni kvant nöqtələrini inteqrasiya olunmuş kvant fotonika üçün xüsusilə perspektivli edir. Bundan əlavə, s və p elektron səviyyələri arasındakı daha böyük enerji ayrılması – GaAs kvant nöqtələrindən iki dəfəyə qədər – kvant cihazlarının 40 K-dən çox olan əhəmiyyətli dərəcədə yüksək temperaturda işləməsinə imkan verə bilər”.

Birlikdə, bu nəticələr dekoherens effektlərinə daha davamlı və miqyaslana bilən kvant cihaz arxitekturaları ilə daha uyğun olan yeni nəsil bərk cisimli kvant işıq mənbələrini göstərir.

Nəşr detalları

Saimon F. Covre Da Silva və digərləri, Damcılı Oyulmuş Nanodəliklərdə Aşağı Sıxlıqlı InGaAs/AlGaAs Kvant Nöqtələri, Nano Hərflər (2026). DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c04426

Jurnal məlumatı: Nano Məktublar 

Əsas anlayışlar

Kvant rabitəsi, protokollar və texnologiya0 ölçülü sistemlərKvant nöqtələriYarımkeçiricilər

FAPESP tərəfindən təmin edilir