p Os efeitos quânticos são genuinamente encontrados no mundo das nanoestruturas e permitem uma ampla variedade de novas aplicações tecnológicas. Por exemplo, um computador quântico poderia no futuro resolver problemas, que os computadores convencionais precisam de muito tempo para lidar. No mundo todo, os pesquisadores estão envolvidos em um trabalho intensivo nos componentes individuais das tecnologias quânticas - incluindo circuitos que processam informações usando fótons únicos em vez de eletricidade, bem como fontes de luz que produzem esses quanta individuais de luz. Acoplar esses dois componentes para produzir circuitos ópticos quânticos integrados em chips apresenta um desafio particular. p Pesquisadores da Universidade de Münster (Alemanha) desenvolveram agora uma interface que acopla fontes de luz para fótons individuais com redes nanofotônicas. Esta interface consiste nos chamados cristais fotônicos, isto é, materiais dielétricos nanoestruturados que podem aumentar uma certa faixa de comprimento de onda quando a luz passa. Esses cristais fotônicos são usados ​​em muitas áreas de pesquisa, mas eles não foram otimizados anteriormente para este tipo de interface. Os pesquisadores tiveram um cuidado especial para alcançar essa façanha de uma forma que permita replicar os cristais fotônicos de maneira direta, usando processos de nanofabricação estabelecidos.

p "Nosso trabalho mostra que não é apenas em laboratórios altamente especializados e experimentos únicos que tecnologias quânticas complexas podem ser produzidas, "diz o físico Dr. Carsten Schuck, um professor assistente da Universidade de Münster que chefiou o estudo junto com a Dra. Doris Reiter, da mesma forma um professor assistente, que trabalha no campo da teoria do estado sólido. Os resultados podem ajudar a tornar as tecnologias quânticas escalonáveis. O estudo foi publicado na revista Tecnologias Quantum Avançadas .

p Antecedentes e método:

p Como os fótons obedecem às leis da física quântica, pesquisadores falam de emissores quânticos com relação às fontes de luz envolvidas. Para seu estudo, os pesquisadores consideraram emissores quânticos que estão embutidos em nanodiamantes e emitem fótons quando estimulados por meio de campos eletromagnéticos. Para produzir as interfaces desejadas, o objetivo dos pesquisadores era desenvolver estruturas ópticas adaptadas ao comprimento de onda dos emissores quânticos.

p Cavidades ou orifícios em cristais fotônicos são adequados para capturar a luz em volumes diminutos e fazer com que ela interaja com a matéria, como, nesse caso, nanodiamantes. Jan Olthaus, um Ph.D. estudante de física no grupo de pesquisa júnior de Doris Reiter, desenvolveu conceitos teóricos e técnicas especiais de simulação assistida por computador para computar os projetos desses cristais fotônicos.

p Os projetos desenvolvidos teoricamente foram produzidos por físicos do grupo de pesquisa júnior liderado por Carsten Schuck no Centro de NanoTecnologia e no Centro de Nanociência Soft da Universidade de Münster. Ph.D. o estudante Philipp Schrinner fabricou os cristais a partir de uma película fina de nitreto de silício. Para este propósito, ele usou litografia moderna por feixe de elétrons e métodos especiais de corrosão no equipamento da Instalação de Nanofabricação de Münster e teve sucesso na produção de cristais de alta qualidade diretamente no material de base de dióxido de silício.

p Na estruturação dos cristais, os pesquisadores variaram não apenas o tamanho e a disposição das cavidades, mas também a largura do guia de ondas no qual as cavidades foram colocadas. Os resultados medidos mostraram que os cristais fotônicos que demonstraram uma variação especial nos tamanhos dos orifícios foram os mais adequados para as interfaces.

p "Nossa colaboração - entre físicos teóricos e experimentais - é ideal para a pesquisa em física, "diz Doris Reiter." Este tipo de colaboração nem sempre é fácil, como nossos respectivos métodos de trabalho são muitas vezes muito diferentes, de fato, é por isso que estamos ainda mais encantados que tudo saiu tão bem no caso de nossos dois grupos de pesquisa juniores. "" O que é especial sobre o nosso trabalho, "acrescenta Carsten Schuck, "é que nossos projetos não exigem nenhuma etapa de processamento adicional, porque eles são compatíveis com a tecnologia de filme fino estabelecida para circuitos fotônicos integrados. "Isso não pode ser dado como certo no desenvolvimento de tecnologias quânticas complexas, porque embora os pesquisadores muitas vezes consigam produzir um importante, componente de alta qualidade único, eles não são capazes de produzir várias cópias do mesmo componente novamente.

p Os próximos passos dos pesquisadores envolvem tentar posicionar os emissores quânticos, incorporado nos nanodiamantes, em certos pontos dos cristais fotônicos - com o objetivo de colocar os resultados do estudo em prática. Para este fim, a equipe chefiada por Carsten Schuck já está desenvolvendo uma técnica especial de nanofabricação que é capaz, por exemplo, para colocar um diamante de apenas 100 nanômetros de tamanho com uma precisão de menos de 50 nanômetros. A equipe de físicos teóricos liderada por Doris Reiter quer estender os estudos para outros sistemas de materiais e geometrias mais complexas de cristais fotônicos e, por exemplo, use orifícios elípticos em vez de redondos.