Új eredmények a kvantumpontok energiaállapotairól

2020 / 07 / 06 / Justin Viktor
Új eredmények a kvantumpontok energiaállapotairól
Az elméletben megjósolt Auger-hatás kísérleti bizonyításával épp most kerültünk egy nagy lépéssel közelebb a kvantummechanika jobb megértéséhez, a kvantuminformáció kódolásának új módszereihez, és ezeken keresztül ahhoz az egyetlen szóhoz, a Grálhoz, ami miatt el fogod olvasni ezt a cikket: a kvantumszámítógéphez.

Auger-effektus

A bázeli, a bochumi és a koppenhágai tudósok a kvantumpontok energiaállapotaiba nyertek új betekintést friss kísérleteikben. A tudósok bizonyítékkal szolgáltak a kvantumpontokban elméletileg megjósolt Auger-hatásról.

A tudósok megerősítették, hogy bizonyos mennyiségű energia létrehozta a kvantumpontokban a specifikus energiaátmeneteket, melyeket az elmélet által megjósolt Auger-effektus bizonyított. A kísérletben a kristálynövekedés önszerveződő folyamatait alkalmaztak kvantumpont létrehozására. Ez a folyamat sok nanométeres méretű kristályt állított elő, például indium-arzenid kristályokat, melyekben csapdázni tudták az egyetlen elektronhoz hasonló töltéshordozókat.

Ez a megoldás kivitelezhető kvantumkommunikációt ígér, mivel lehetővé teszi a töltéshordozó spinjével történő kódolást, ehhez a kódoláshoz viszont szükséges a spin kívülről történő manipulálásának és olvasásának képessége. A leolvasás során kvantuminformáció illeszthető be például egy foton polarizációjába, és ez utána fénysebességgel továbbíthatja az információt, vagyis felhasználható kvantum-információ átvitelre.


Töltött exciton sematikus ábrázolása, vagyis gerjesztett állapot, amely két elektronból és egy lyukból áll kvantumponton belül. (Kép: RUB, Arne Ludwig)

Kvantumkommunikáció

A tudósok szívesen megtudnák, mi történik pontosan a kvantumpontban, amikor az energiát kívülről besugározzák a mesterséges atomra. Egy több-elektronos atomban egy gerjesztett elektron lebomolhat egy foton kibocsátásával, a maradék részecskék ilyenkor tipikusan alapállapotukban (legkisebb energiájú sajátállapotukban) vannak.

A sugárzással járó Auger-folyamat során a maradék elektronok gerjesztett állapotban vannak, és egy vöröseltolódott foton is létrejön. Egy félvezető kvantumpontban, az előrejelzés sugárzó Auger-folyamatot ígér a feltöltött excitonokra vonatkozóan.

Gyakorlati siker

Most bázeli tudósok elvégezték a gyakorlati kísérleti megfigyelést is. Dr. Matthias Löbl és Richard Warburton professzorok Bochumból és Koppenhágából származó kollégáikkal figyelték meg a radioaktív Auger-folyamatot mindössze egyetlen foton és egy Auger-elektron részvételével.


A kvantum ponton belüli elektront egy foton (zöld hullámformában) magasabb energiaszintre emelte. Az eredmény egy úgynevezett exciton lett, olyan gerjesztett állapot, ami két elektronból és egy lyukból áll. A foton (zöld hullámforma) kibocsátásával a rendszer visszatér az alapállapotba (zöld út). Ritka esetekben sugárzó Auger-folyamat zajlik le (piros nyíl): egy elektron gerjesztett állapotban marad, míg egy alacsonyabb energiájú foton kerül (piros hullámforma) kibocsátásra. (Kép: RUB, Arne Ludwig)

A tudósok most először mutatták ki a sugárzó Auger-folyamat és a kvantumoptika kapcsolatát. Megmutatták, hogy a kvantumoptikai mérések a sugárzó Auger-emisszióval eszközként használhatók egyetlen elektron dinamikájának vizsgálatára.

A sugárzó Auger-effektus segíthet meghatározni a kvantummechanikai energiaszintek szerkezetét, melyek a kvantumpontban egyetlen elektron rendelkezésre állnak. Mindeddig ez csak közvetett módon volt lehetséges optikai módszerekkel kombinált számítások révén, és most közvetlen bizonyítékot sikerült találni. Ez segít majd jobban megérteni a kvantummechanikai rendszereket.

Nem csak az indium-arzenid-félvezetők kvantumpontjaiban, hanem a félvezető-gallium-arzenidben is megfigyelték ugyanezt a hatást. A Bochumi csapat mindkét anyagrendszerben rendkívül stabil környezetet teremtett a kvantumpont számára, amely meghatározó volt a sugárzó Auger-folyamat szempontjából. A bochumi Ruhr-Universität csoportja évek óta dolgozik a stabil kvantumpontok optimális körülményeinek megteremtésén.

(Forrás: Nature Nanotechnology Képek: Pixabay)


 


Ismerd meg a ROADSTER magazint!
AUTÓK - DESIGN - GASZTRO - KULT - UTAZÁS - TECH // Ha szereted a minőséget az életed minden területén, páratlan élmény lesz!
Autót vennél mostanában? Nézz bele a PLAYER AUTÓTESZT ROVATÁBA!
Minden friss és izgalmas autót kipróbálunk, amit csak tudunk, legyen az dízel vagy elektromos, olcsó vagy luxus, kétszemélyes vagy kisbusz!
Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!
Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.



This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.