Ledeistä uusi ikkuna kvanttifysiikkaan

Ryhmä Toronton yliopiston fyysikoita Alex Hayatin johtamina on ehdottanut uutta ja tehokasta tapaa hyödyntää kvanttifysiikan ilmiötä, joka tunnetaan lomittumisena.

Lähestymistapa yhdistää valodiodeja eli ledejä suprajohteiden kanssa tuottamaan lomittuneita fotoneja. Tämä voisi tuottaa valikoiman uutta fysiikkaa sekä laitteita kvanttiteknologioille, kuten kvanttitietokoneet ja kvantti viestintä.

Lomittumisessa kaksi hiukkasta ovat pareittain ennustettavasti vuorovaikuttavia toistensa kanssa riippumatta siitä, kuinka kaukana toisistaan ne ovat. Toisen jäsenen mittaus kertoo samalla myös toisen ominaisuuksia.

- Tavallinen valonlähde, kuten ledi säteilee fotoneja satunnaisesti ilman mitään korrelaatiota, kertoo Hayat yliopistonsa tiedotteessa.

- Nyt olemme osoittaneet, että lomittuminen ledistä säteilevien fotonien välillä voidaan saavuttaa lisäämällä ledirakenteeseen toinen erikoinen fyysinen vaikutus eli suprajohtavuus. Siinä elektronit kietoutuvat Cooperin pareiksi, jossa elektronit pyörivät (spin) vastakkaisiin suuntiin.

Kun kerros suprajohtavaa materiaalia sijoitetaan läheiseen kosketukseen puolijohteista ledirakennetta, Cooperin parit injektoituvat ledin sisään, joten pari kietoutuneita elektroneja luo lomittuneen fotoniparin.

Vaikutus kuitenkin osoittautuu toimivan vain ledeillä joissa käytettiin nanometrin paksuisia aktiivisia alueita eli kvanttikaivoja.

- Tyypillisesti kvanttiominaisuudet näkyvä hyvin pienissä mitoissa. Suprajohtavuus mahdollistaa kvantti-ilmiöiden esiintyvän suuremmissa mittakaavoissa kuten sähkökomponentti tai kokonainen piiri. Tällainen kvanttikäyttäytyminen voi merkittävästi parantaa valoemissiota yleensä ja lomittuneiden fotonien emissiota erityisesti toteaa Alex Hayat.