p Uma equipe liderada pelo Dr. Takashi Kuroda, Pesquisador Sênior, e Dr. Marco Abbarchi, Investigador, do Quantum Dot Research Center, Instituto Nacional de Ciência de Materiais, em pesquisa conjunta com a Universidade de Hokkaido, conseguiu controlar o estado quântico de poucas partículas de um ponto quântico semicondutor, e mudando suas energias de correlação. Esta realização de pesquisa possibilitará o desenvolvimento de dispositivos semicondutores não lineares que possibilitam acionamentos estáveis ​​com baixo consumo de energia. p Quando um elétron e um próton são aproximados no vácuo, as duas partículas são atraídas mutuamente pela força de Coulomb e formam um átomo de hidrogênio. Se outro elétron ou próton for colocado adicionalmente, o efeito de muitos corpos resultará na formação de uma molécula de hidrogênio iônico compreendendo um total de três partículas.

p Este tipo de estado quântico também existe em sólidos. Um par de um elétron e um buraco em um semicondutor formam um exciton, análogo a um átomo de hidrogênio. Se outro elétron ou buraco for adicionado, um estado complexo de três partículas, chamado de exciton carregado, é formado. Em um semicondutor, ao contrário do hidrogênio no vácuo, é possível confinar elétrons e buracos em pontos quânticos, ou seja, um espaço extremamente pequeno da ordem de vários nanômetros, e um aumento na energia de estabilização do estado multi-eletrônico pode ser esperado.

p Nesta pesquisa, pontos quânticos de arsenieto de gálio (GaAs) incorporados em arsenieto de gálio e alumínio (AlGaAs), fabricado pelo método de epitaxi de gota. Este método foi originalmente desenvolvido pela NIMS. Como uma característica distintiva dos pontos quânticos, o comprimento da estrutura de cristal combina perfeitamente entre os materiais do hóspede e do anfitrião.

p Como resultado, uma estrutura quântica limpa sem precedentes foi realizada. Tivemos sucesso na observação de excitons carregados medindo os sinais de emissão de fótons de pontos quânticos únicos. Em particular, quando a energia de estabilização de excitons carregados foi comparada com a de uma estrutura de poço quântico do mesmo tipo de material, que era conhecido anteriormente como sendo cerca de 1 meV, descobriu-se que tinha um valor mais de 10 vezes maior. Este aumento na energia de muitos corpos é devido a um aumento notável na força de Coulomb no sistema de muitas partículas resultante do empacotamento de elétrons em um nanoespaço tridimensional. Este resultado elucida pela primeira vez o efeito do confinamento de um estado multi-elétron em um nanoespaço, que não era conhecido no passado, e, portanto, é um resultado com impacto científico extremamente grande.

p Do ponto de vista da tecnologia aplicada, porque a correlação de elétrons também é a fonte de diversos tipos de dispositivos de efeito não linear, como dispositivos de comutação ópticos e lasers, se a intensidade da interação pode ser controlada usando nanoestruturas, pode-se esperar que isso leve ao desenvolvimento de dispositivos semicondutores ópticos que permitem uma unidade estável com baixo consumo de energia.