p (Phys.org) —Os pontos quânticos semicondutores estão sendo amplamente estudados por seu uso potencial em tecnologias quânticas futuras. Uma das razões para seu apelo é que eles podem confinar bits quânticos como excitons e spins dentro deles. Em um novo estudo, pesquisadores criaram um ponto quântico que contém um exciton na forma de um elétron ligado a um orifício de luz. O uso de um buraco leve (em oposição a pesado) pode permitir que os pontos quânticos tenham vantagens específicas para as tecnologias de informação quântica. p A equipe de pesquisadores, Y. H. Huo, et al., de institutos na Alemanha, Os Países Baixos, e Áustria, publicaram seu artigo sobre excitons de buraco de luz confinados em pontos quânticos em uma edição recente da Física da Natureza .

p Como explicam os pesquisadores, buracos pesados ​​e buracos leves se comportam de maneira diferente porque estão localizados em bandas de energia de valência diferentes em um material semicondutor. Para criar esses buracos, os pesquisadores excitaram os elétrons nessas bandas de energia usando luz. Quando um elétron excitado se move para a banda de condução, ele deixa um estado vazio em uma das bandas de valência. Este elétron ausente se comporta como uma partícula (um buraco) com carga positiva e uma massa que depende de qual banda de valência está. Um buraco na chamada "banda de buraco de luz" se comporta como uma partícula com uma massa que é vários vezes menor do que um buraco na faixa de "buraco pesado".

p Até aqui, todos os estudos experimentais em que os buracos estão confinados em pontos quânticos usaram buracos pesados ​​porque são mais fáceis de confinar do ponto de vista energético. Contudo, algumas análises teóricas sugeriram que o uso de buracos leves em vez de buracos pesados ​​seria benéfico para as tecnologias de informação quântica. Os benefícios potenciais incluem a capacidade de obter um controle mais rápido e medições mais diretas dos estados de rotação.

p A fim de investigar experimentalmente esses benefícios potenciais, os pesquisadores, pela primeira vez, criaram pontos quânticos com estados fundamentais de buraco de luz. Em vez de redesenhar completamente a geometria do ponto quântico, eles demonstraram que a engenharia de deformações pode ser usada para criar esses pontos.

p O método de deformação envolve a criação de pontos quânticos inicialmente não tensionados em membranas pré-tensionadas, e, em seguida, induzindo tensão de tração nos pontos, liberando as membranas do substrato. A tensão de tração muda o caráter dos pontos quânticos de orifício predominantemente pesado para orifício predominantemente leve. Quando as membranas são colocadas em um substrato piezoelétrico, a tensão de tração pode ser aumentada ou diminuída ainda mais, permitindo que a energia de emissão e o caráter do buraco sejam ajustados. Como os pesquisadores mostraram experimentalmente e teoricamente, os pontos quânticos que contêm estados de fundo de buraco predominantemente leve têm uma assinatura claramente distinta em comparação com aqueles com estados de fundo de buraco predominantemente pesado.

p Usando engenharia de deformação, os pesquisadores demonstraram que o estado do buraco no solo no ponto quântico pode ter mais de 95% do caráter de buraco de luz para tensões de tração de 0,4%. Os pontos quânticos também têm uma alta qualidade óptica comparável à dos pontos quânticos de última geração. Combinado com o fato de que as membranas são compatíveis com o controle elétrico, essas características mostram que os pontos quânticos com buracos de luz confinados podem em breve ser explorados como novos blocos de construção para as tecnologias quânticas.

p "Os excitons de buraco de luz podem permitir a conversão direta da polarização de um fóton (qubit voador) para o estado de spin de um elétron confinado em um ponto quântico (qubit estacionário), "co-autor Armando Rastelli, Professor de Física de Semicondutores na Johannes Kepler University Linz em Linz, Áustria, contado Phys.org . Rastelli também é afiliado à IFW Dresden na Alemanha. "Além disso, spins light-hole (outra forma de qubit estacionário) podem ser manipulados diretamente por meio de microondas e em taxas mais altas em comparação com spins heavy-hole. Experimentos dedicados serão necessários para avaliar quais desses potenciais podem ser realizados na prática. "

p No futuro, os pesquisadores planejam investigar como buracos pesados ​​se tornam buracos leves, bem como outras questões em aberto.

p "Em seguida, planejamos examinar em detalhes a transição de um estado fundamental de buraco pesado para um buraco leve, "Rastelli disse." Com a abordagem tecnológica usada no papel, isso não era possível. Estamos agora projetando um atuador piezoelétrico que pode nos permitir acompanhar suavemente as mudanças de emissão à medida que os estados de buraco pesado e leve se cruzam. Além disso, estamos em contato com colegas que planejam investigar as propriedades dos spins do buraco de luz. " p © 2013 Phys.org. Todos os direitos reservados.