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.

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 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)