단일 광자 방출을 위해 제작된 양자점

브라질 캄피나스 주립대학교 글렙 와타긴 물리학 연구소(Gleb Wataghin Physics Institute)의 과학자들은 단일 광자를 방출하는 반도체 양자점을 제조하는 방법을 개발했습니다.이 단계는 양자 통신과 광자 양자 컴퓨팅을 지원할 수 있습니다.연구팀은 국소 액적 에칭이라는 제조 기술을 사용하여 밀도와 대칭성이 낮은 양자점을 만들어 안정적인 단일 광자 방출을 가능하게 했습니다.

양자점은 전자와 정공을 가두는 나노 크기의 반도체 구조입니다.레이저에 의해 자극되면 특정 파장의 빛을 방출합니다.개별 광자 또는 얽힌 광자 쌍을 방출할 수 있기 때문에 통신 시스템 및 광자 양자 프로세서와 같은 양자 기술의 구성 요소입니다.

많은 실험은 Stranski-Krastanov 성장 방법을 통해 생성된 인듐 갈륨 비소 양자점에 의존합니다.이 과정에서 기판의 격자 구조에 따라 하나의 결정층이 다른 결정층 위에 성장하게 됩니다.이 기술은 종종 표면 밀도와 구조적 변화가 있는 양자점을 생성하므로 광자 방출기를 분리하기가 어렵습니다.또한 점은 약 1나노초의 방사 수명을 나타내며 전자 효과를 도입할 수 있는 습윤층을 남깁니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 연구진은 결정 성장 중에 국부적 액적 에칭을 사용했습니다.금속 방울이 표면에 형성되어 나노공동을 생성합니다.그런 다음 이러한 공동을 제어된 방식으로 채워서 밀도를 조정할 수 있는 양자점을 생성합니다.

나노공동은 약 1나노미터 두께의 인듐 갈륨 비소의 얇은 층으로 채워졌습니다.이로 인해 변형이 줄어들고 광학적 동작이 향상되었습니다.측정 결과 표면 밀도는 제곱 마이크로미터당 약 0.2~0.3개의 양자점으로 나타나 이미터를 더 쉽게 분리할 수 있었습니다.

이 구조는 또한 더 빠른 광자 방출을 생성했습니다.복사 수명은 약 300피코초로 측정되었으며, 이는 기존 성장 방법을 사용하여 생산된 양자점보다 약 3배 더 짧습니다.

연구원들은 또한 방출되는 빛의 파장을 제어하기 위해 인듐 농도를 조정했습니다.방출은 광자 시스템에 사용되는 범위인 극저온에서 약 780~900나노미터 사이에서 조정될 수 있습니다.

연구팀은 또한 양자점이 편광 얽힌 광자 쌍을 생성할 수 있는지 여부를 결정하는 매개변수인 미세 구조 분할을 조사했습니다.측정된 값은 유사한 시스템에서 보고된 결과와 유사하며, 이는 양자 암호화 및 양자 네트워크에서의 사용을 나타냅니다.