Peneliti mengisolasi atom buatan tunggal dalam silikon
Semiconductor

Peneliti mengisolasi atom buatan tunggal dalam silikon


Pengaturan eksperimental yang digunakan oleh para peneliti untuk mendeteksi atom buatan fluoresen tunggal dalam silikon. Laser hijau digunakan untuk mengeksitasi sampel silikon-on-isolator yang terletak di dalam ruang vakum dari cryostat tertutup-He. Photoluminescence yang dipancarkan oleh sampel dikumpulkan dan dikirim menuju detektor foton tunggal inframerah dekat. Penghargaan: A. Dréau / A. Durand / P. Valvin (Laboratoire Charles Coulomb, CNRS & Universitas Montpellier, Prancis).

Silikon telah terbukti menjadi bahan yang sangat berharga dan andal untuk membuat berbagai teknologi, termasuk perangkat kuantum. Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti juga telah menyelidiki kemungkinan keuntungan menggunakan atom buatan individu untuk meningkatkan kinerja sirkuit kuantum terintegrasi berbasis silikon. Namun sejauh ini, qubit tunggal dengan antarmuka optik terbukti sulit diisolasi dalam silikon.

Para peneliti di Université de Montpellier dan CNRS, Universitas Leipzig dan universitas lain di Eropa baru-baru ini berhasil mengisolasi atom buatan tunggal yang aktif secara optik dalam silikon untuk pertama kalinya. Makalah mereka, diterbitkan di Nature Electronics, dapat memiliki implikasi penting untuk pengembangan perangkat optik kuantum berbasis silikon baru.

“Studi kami lahir dari keinginan untuk mengisolasi atom buatan individu baru dengan antarmuka optik telekomunikasi dalam bahan yang sesuai untuk proses industri skala besar,” kata Anaïs Dr.éau, salah satu peneliti yang melakukan penelitian tersebut, kepada TechXplore. “Kami terbiasa menyelidiki sistem kuantum ini, tetapi dalam semikonduktor celah pita lebar, seperti berlian atau boron nitrida heksagonal. Meskipun silikon adalah bahan yang paling tersebar luas dalam industri mikroelektronika, sejauh ini tidak ada pemancar cahaya yang dilaporkan dalam celah pita kecil ini. semikonduktor. “

Pekerjaan baru-baru ini oleh Dr.éau dan rekan-rekannya menunjukkan bahwa mengisolasi atom buatan fluoresen tunggal dalam silikon sebenarnya mungkin. Foton individu yang dipancarkan oleh perangkat yang dihasilkan beroperasi pada panjang gelombang telekomunikasi, yang secara khusus menguntungkan untuk mencapai perambatan jarak jauh dalam serat optik.

Untuk secara efektif mengisolasi atom buatan tunggal dalam silikon, para peneliti menggunakan strategi unik. Strategi mereka menggabungkan konsep dari bidang teknik material dengan pengaturan eksperimental spesifik yang dioptimalkan untuk mendeteksi pemancar inframerah dekat tunggal.

“Kami mulai dari wafer silikon-on-insulator di mana kami menciptakan cacat fluoresen konsentrasi rendah dengan implantasi atom karbon,” kata Dr.éau. “Kedua, kami membuat eksperimen baru mikroskop confocal yang beroperasi pada suhu rendah (10K, -263 ° C) dengan resolusi spasial tinggi dan sensitivitas tinggi dalam rentang inframerah dekat untuk memungkinkan deteksi sinyal optik sangat lemah yang dipancarkan oleh cacat titik aktif optik individu. “

Wafer silikon-on-insulator memiliki sejumlah keunggulan, yang paling menonjol adalah dapat langsung digunakan untuk membuat chip fotonik berkualitas tinggi. Penggabungan cacat titik aktif optik individu dalam chip ini pada akhirnya dapat memungkinkan pembuatan alat optik dan fotonik kuantum yang lebih komprehensif atau serbaguna.

“Kami adalah orang pertama yang mengisolasi pemancar foton tunggal dalam bahan yang paling luas di industri mikroelektronika: silikon,” kata Dr.éau. “Selain itu, atom buatan yang didasarkan pada cacat titik fluoresen tunggal ini memiliki keuntungan besar dalam memancarkan foton tunggal secara langsung pada panjang gelombang telekomunikasi, yang nyaman untuk perambatan jarak jauh di dalam serat optik.”

Di masa depan, strategi untuk mengisolasi atom buatan tunggal dalam silikon yang diperkenalkan oleh Dr.éau dan rekan-rekannya dapat membantu pengembangan berbagai teknologi baru. Misalnya, ini dapat memfasilitasi pengembangan alat fotonik kuantum terintegrasi, di mana cacat aktif optik yang langsung tertanam dalam chip kuantum silikon dapat menghasilkan bit kuantum fotonik dan dengan demikian memproses informasi kuantum.

Selain itu, studi ini bisa menjadi langkah awal untuk mendeteksi derajat kebebasan kuantum tambahan yang terkait dengan spin elektron dari cacat yang tertanam. Di masa depan, penggandengan emisi foton telekomunikasi tunggal ke kontrol putaran dapat memungkinkan pengembangan antarmuka spin-foton kuantum untuk pertukaran informasi kuantum jarak besar.

“Kami sekarang berencana untuk memasukkan cacat fluoresen individu yang kami isolasi dalam struktur nano berbasis silikon seperti pemandu gelombang dan mengontrol emisi foton tunggal untuk memungkinkan penerapan algoritme fotonik kuantum,” kata Dr.éau. “Kami juga ingin menangani kontrol spin elektron yang melekat pada atom buatan ini, karena dapat digunakan untuk mengimplementasikan memori kuantum. Dalam jangka panjang, tujuan kami adalah mengembangkan antarmuka spin-foton kuantum berbasis Si yang beroperasi di telekomunikasi. panjang gelombang untuk aplikasi dalam jaringan komunikasi kuantum. ”


Sirkuit terpadu fotonik semikonduktor III-V menjadi kuantum


Informasi lebih lanjut:
Atom buatan tunggal dalam silikon yang dipancarkan pada panjang gelombang telekomunikasi. Nature Electronics(2020). DOI: 10.1038 / s41928-020-00499-0.

© 2021 Science X Network

Kutipan: Peneliti mengisolasi atom buatan tunggal dalam silikon (2021, 4 Januari) diambil 4 Januari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-01-isolate-artificial-atoms-silicon.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : http://54.248.59.145/