Erittäin ohut kvanttiledi

University of Cambridgen tutkijat ovat kehittäneet täyssähköisiä ultraohuita kvantti-ledejä, joilla on potentiaalia on-chip fotonilähteiksi kvanttisovelluksiin, kuten kvanttiverkot ja kvanttitietokoneet.

Ledit on valmistettu kerroksista erilaisia ultraohuita materiaaleja. Niiden kyky tuottaa yksittäisiä fotoneja käyttäen vain sähkövirtaa on tärkeä askel suunniteltaessa kvanttiverkkoja kompakteille siruille. Niitä voidaan käyttää myös uusien tietojenkäsittelyn ja havaitsemisen teknologioiden parissa.

Ledirakenteet on koottu grafeenista, boorinitridistä ja siirtymämetallien dichalcogenideistä (TMD). TMD-kerros sisältää alueita, joissa elektronit ja elektronien aukot ovat tiukasti rajattuja.

Kun elektroni täyttää elektronivakanssin, jolla on vähemmän energiaa kuin elektronilla niin energiaerotus vapautuu fotonina. Ledissä jännite puskee elektroneja rakenteen läpi, jossa ne täyttävät aukot ja emittoivat yksittäisiä fotoneja.

Kvanttiperustaista tietotekniikkaa ja tiedonsiirtoa ajatellen tutkijoiden on kehitettävä luotettavia menetelmiä tuottaa mieluiten vain sähköohjauksella yksittäisiä ja erottamattomia fotoneja kantamaan informaatiota läpi kvanttiverkon.

Cambridgen tutkijoiden kehittämä ultraohut alusta tarjoaa runsaasti viritettävyyttä, suunnittelun vapautta, ja integroitavuutta. Tyypillisesti yhden fotonin generointi vaatii laajamittaista optisien laitteiden ja komponenttien tarkkaa kohdistusta. Tämä uusi tutkimus tuo mikropiirin sisäisen yksifotonisen emission askeleen lähemmäksi.

TMD-materiaalien kerrostettu luonne tekee niistä ihanteellisia käytettäväksi ultra-ohuina rakenteita piirisiruilla. Ne tarjoavat myös etuja verrattuna muihin yhden fotonin emittereihin eli toteuttamiskelpoisuuden ja tehokkaan integroitumisen nanofotoniikan piireihin.