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經蝕刻的量子點成型如同單光子發射器

圖片取自原文

量子點如同雪花或指紋印,沒有兩個是完全相同的。不過,塑造及定位此些半導體奈米晶體的新蝕刻方法,能使上述情況為之改觀。除此之外,於美國國家標準暨技術研究所(the National Institute of Standards and Technology:NIST)的試驗證實,經蝕刻的量子點發出單粒子的光(也就是單光子),這提升了為新型量子通訊裝置提供電力的可能性。

在NIST及其他地方,製作量子點的傳統方法,如同於溶液中生長晶體。不過,這個有點隨機性的方法導致形狀不規則。上述更精確的新方法是由NIST博士後研究員Varun Verma,還是美國伊利諾大學(the University of Illinois)研究生時所研發的。

Verma使用了電子束光刻術(electron beam lithography)及蝕刻法(etching),來雕刻被局限於二維中,被稱為量子阱之半導體夾層裡頭的量子點。該光刻術控制量子點的大小及方位,而半導體夾層的厚度及組成,除了量子點的大小之外,也能用來調變量子點發光的色彩。

有些量子點能依需求,發出單獨、孤立的光子。就藉由操縱單光子來編碼信息的量子信息裝置(quantum information system)而言,這是至關重要的特性。在發表於《光學快訊》(Optics Express)的新研究中,NIST的諸多試驗證實,經光刻及蝕刻的量子點的確起了如同單光子源的作用。此些試驗是針對由砷化銦鎵(indium gallium arsenide)所製作的量子點進行的。此些研究人員以方陣列的方式,在特定位置仿製了各種直徑的量子點。使用雷射來激發各個量子點及光子偵測器來分析發出的光。他們發現,35奈米寬的量子點以888.6奈米的波長,發出幾乎所有的光。這種時間控制模式(timing pattern)顯示,光是以單光子的特性被發射出。

目前,NIST的研究人員們計劃構築包圍各個經蝕刻之量子點的反射腔(reflective cavities),來導引發出的光。倘若每一量子點能發出幾乎垂直於晶片表面的光子,則能收集更多的光,來形成更有效能的單光子源。儘管晶體生長式的量子點已被證實能垂直發出光,不過於反射腔內,此些量子點無法確實地被定位或散佈。經蝕刻的量子點除了精確定位之外,也提供了製作完全相同量子點的可能性。這些量子點可能被用來形成糾纏多個光子的特殊光狀態,這是即使有相當距離也能將諸光子屬性聯繫在一起的量子現象。

於各個實驗中試驗的量子點是由NIST所製作,而在量子點上生長一層晶體的最後階段是在伊利諾大學完成的。

原文網址:Etched quantum dots shape up as single photon emitters
翻譯:peregrine
本文轉載自PEREGRINE科學點滴

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