un, Immagine in sezione trasversale TEM di una singola isola monostrato In(Ga)N/GaN. B, Un'immagine HAADF-STEM ad alto ingrandimento del singolo monostrato atomico di In(Ga)N, mentre il pannello superiore mostra lo schema atomico corrispondente. C, Immagine SEM inclinata di array di pilastri In(Ga)N/GaN dopo incisione a umido e nanostampati ricresciuti, l'inserto della figura rappresenta un tipico pilastro. D, Spettro di fotoluminescenza dell'emettitore dalle regioni di misurazione prescelte a 8 K con eccitazione a 355 nm. e, Autocorrelazione del picco principale come rettangolo ombreggiato in arancione e insieme ai picchi di energia inferiori come rettangolo ombreggiato in giallo nella figura d. Credito:Xiaoxiao Sun, Ping Wang, Tao Wang, Ling Chen, Zhaoying Chen, Kang Gao, Tomoyuki Aoki, Li Mo, Jian Zhang, Tobias Schulz, Martin Albrecht, Weikun Ge, Yasuhiko Arakawa, Bo Shen, Marco Holmes, e Xinqiang Wang
Gli emettitori di singoli fotoni sono dispositivi essenziali per la realizzazione di future tecnologie quantistiche ottiche, tra cui il calcolo quantistico ottico e la distribuzione delle chiavi quantistiche. Verso questo obiettivo, Scienziati in Cina e Giappone hanno identificato e caratterizzato un nuovo tipo di emettitore quantistico formato da isole monostrato spazialmente separate di InGaN inserite in una matrice di GaN. Questa nuova struttura potrebbe aprire nuove opportunità per ulteriori dispositivi quantistici.
Sorgenti di luce non classiche come gli emettitori di fotoni singoli sono dispositivi essenziali per la realizzazione di future tecnologie quantistiche ottiche, tra cui il calcolo quantistico ottico e la distribuzione delle chiavi quantistiche. Ad oggi diverse strategie, compresi i singoli atomi, punti quantici (QD), singole molecole, e punti difettosi, sono stati utilizzati per esplorare lo sviluppo di emettitori di singoli fotoni. Sebbene siano stati fatti grandi passi avanti nello sviluppo di emettitori di fotoni singoli allo stato solido, compresa l'elevata purezza e l'indistinguibilità dai QD, e alti tassi di emissione sia da difetti che da QD, ogni tecnologia ha i suoi svantaggi. Perciò, la ricerca di base sullo sviluppo di emettitori di fotoni singoli utilizzando nuovi materiali e tecniche è cruciale.
In un nuovo articolo pubblicato su Scienza e applicazioni della luce , un team di scienziati dello State Key Laboratory for Mesoscopic Physics e Frontiers Science Center for Nano-optoelectronics, Scuola di Fisica, Università di Pechino, Cina, e Istituto di Scienze Industriali, L'Università di Tokyo, Il Giappone ha sviluppato un nuovo tipo di emettitore quantistico formato da isole monostrato spazialmente separate di InGaN inserite in una matrice di GaN. Per prima cosa hanno coltivato una struttura planare di isole monostrato di InGaN usando l'epitassia del fascio molecolare, e poi modellato il campione in pilastri utilizzando la litografia nanoimprint e l'incisione con ioni reattivi al plasma accoppiato induttivamente. L'analisi ottica dettagliata delle proprietà di emissione delle isole monostrato isolate ha mostrato che la linea di emissione principale potrebbe essere filtrata spettralmente per agire come un luminoso, e veloce emettitore di fotoni singoli a una lunghezza d'onda di ~ 400 nm, con un alto grado di fotostabilità.
"Per questo studio sono stati scelti materiali di nitruro III perché si prevede che offrano numerosi vantaggi per lo sviluppo di dispositivi futuri, compresa un'ampia sintonizzabilità nella lunghezza d'onda di emissione, compatibilità con substrati di silicio per la crescita, e il supporto di un'infrastruttura industriale mondiale per la fabbricazione di dispositivi grazie al loro uso esteso nell'optoelettronica moderna e nelle applicazioni dei dispositivi di potenza, "dicono i ricercatori.
Il team suggerisce anche che il prossimo passo nella ricerca è lavorare verso una maggiore purezza delle emissioni, e che futuri sviluppi (possibilmente utilizzando altri materiali) potrebbero portare alla realizzazione di emettitori operanti a lunghezze d'onda compatibili con i sistemi a fibre ottiche convenzionali.
