Pojedyncze nadajniki nanoskalowe w półprzewodnikach

Finansowany ze środków UE zespół ambitnych badaczy postawił sobie za cel zbadanie interakcji kwantowych w ramach projektu "Demonstration of superradiance in a semiconductor nanostructure" (SUPERRAD). Pomimo przeszkód wynikających z wysokich kosztów sprzętu i niedostępności próbek o dużej czystości, zespół uzyskał wyniki na światowym poziomie.

Zakres projektu wykorzystał spójną spektroskopię nieliniową, przynoszącą znaczący postęp w najnowszych metodach i przełomowe wyniki w zakresie indywidualnych nadajników w ciałach stałych.

Naukowcy opracowali nową technikę spektroskopową z użyciem krótkich impulsów optycznych złożonych z trzech promieni. Impulsy wywołują rezonansowo odpowiedź nieliniową w pojedynczych ekscytonach (moment dipolowy utworzony przez parę elektron–dziura) w mocno ograniczonych kropkach kwantowych. Ta konfiguracja sprawuje się dużo lepiej, niż poprzednia generacja, do niedawna dostępna tylko w jednym laboratorium na świecie.

W tej konfiguracji zespół przeprowadził pionierskie doświadczenia na pojedynczych ekscytonach stosując czterofalowe i szcześciofalowe protokoły mieszania z wykorzystaniem interakcji czterech lub sześciu spójnych pól optycznych. Naukowcy byli w stanie radykalnie zwiększyć efektywność wyszukiwania spójnych odpowiedzi pojedynczych kropek kwantowych w półprzewodnikach. Ma to o tyle duże znaczenie, że kwantowe przetwarzanie informacji opiera się na spójnym i odwracalnym odwzorowaniu między światłem a materią.

Wyniki badań przedstawiono w licznych publikacjach w prestiżowych czasopismach naukowych, w tym Nature Materials, Nature Communications i Nature Photonics. Powyższa technika otwiera drogę do badań licznych materiałów i zachowań, w tym przestrzennej propagacji spójności, a kierownik zespołu został uznany za jednego z czołowych badaczy w tej dziedzinie.