p Uma equipe de físicos do Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik (PDI) em Berlim, Alemanha, Laboratórios de Pesquisa Básica da NTT em Atsugi, Japão, e o Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA (NRL) usou um microscópio de tunelamento de varredura para criar pontos quânticos com idênticos, tamanhos determinísticos. A reprodutibilidade perfeita desses pontos abre a porta para arquiteturas de pontos quânticos completamente livres de variações descontroladas, um objetivo importante para tecnologias de nanofotônica para processamento de informação quântica, bem como para estudos fundamentais. Os resultados completos foram publicados na edição de julho de 2014 da revista. Nature Nanotechnology . p Os pontos quânticos são frequentemente considerados átomos artificiais porque, como átomos reais, eles confinam seus elétrons a estados quantizados com energias discretas. Mas a analogia se desfaz rapidamente, porque embora os átomos reais sejam idênticos, pontos quânticos geralmente compreendem centenas ou milhares de átomos - com variações inevitáveis ​​em seu tamanho e forma e, consequentemente, em suas propriedades e comportamento. Portas eletrostáticas externas podem ser usadas para reduzir essas variações. Mas o objetivo mais ambicioso de criar pontos quânticos com fidelidade intrinsecamente perfeita, eliminando completamente as variações estatísticas em seu tamanho, forma, e o arranjo há muito permanece indefinido.

p A criação de pontos quânticos atomicamente precisos requer que cada átomo seja colocado em um local precisamente especificado sem erros. A equipe montou os pontos átomo por átomo, usando um microscópio de tunelamento de varredura (STM), e confiou em um modelo de superfície atomicamente preciso para definir uma rede de posições de átomo permitidas. O modelo era a superfície de um cristal InAs, que tem um padrão regular de vacâncias de índio e uma baixa concentração de adátomos de índio nativos adsorvidos acima dos locais de vacância. Os adátomos são doadores +1 ionizados e podem ser movidos com a ponta STM pela manipulação vertical do átomo. A equipe montou pontos quânticos consistindo em cadeias lineares de N =6 a 25 átomos de índio; o exemplo mostrado aqui é uma cadeia de 22 átomos.

p Stefan Fölsch, um físico do PDI que liderou a equipe, explicou que "os adátomos de índio ionizados formam um ponto quântico criando um poço eletrostático que confina os elétrons normalmente associados a um estado de superfície do cristal InAs. Os estados quantizados podem então ser sondados e mapeados por varredura de medições de espectroscopia de tunelamento da condutância diferencial." Esses espectros mostram uma série de ressonâncias rotuladas pelo número quântico principal n. Os mapas espaciais revelam as funções de onda desses estados quantizados, que têm n lóbulos e n - 1 nós ao longo da cadeia, exatamente como esperado para um elétron da mecânica quântica em uma caixa. Para o exemplo de cadeia de 22 átomos, os estados até n =6 são mostrados.

p Como os átomos de índio estão estritamente confinados à rede regular de locais vazios, cada ponto quântico com N átomos é essencialmente idêntico, sem variação intrínseca de tamanho, forma, ou posição. Isso significa que as "moléculas" de pontos quânticos que consistem em várias cadeias acopladas refletirão a mesma invariância. Steve Erwin, um físico da NRL e o teórico da equipe, apontou que "isso simplifica muito a tarefa de criar, protegendo, e controlar estados degenerados em moléculas de pontos quânticos, que é um pré-requisito importante para muitas tecnologias. "Na computação quântica, por exemplo, qubits com estados fundamentais duplamente degenerados oferecem proteção contra a decoerência ambiental. Ao combinar a invariância das moléculas de pontos quânticos com a simetria intrínseca da rede de vacância InAs, a equipe criou estados degenerados que são surpreendentemente resistentes a perturbações ambientais por defeitos. No exemplo mostrado aqui, uma molécula com simetria rotacional tripla perfeita foi criada pela primeira vez e seu estado degenerado duplo foi demonstrado experimentalmente. Ao quebrar intencionalmente a simetria, a equipe descobriu que a degeneração foi removida progressivamente, completando a demonstração.

p A reprodutibilidade e a alta fidelidade oferecidas por esses pontos quânticos os tornam excelentes candidatos para estudar a física fundamental que é normalmente obscurecida por variações estocásticas de tamanho, forma, ou posição das correntes. Esperando ansiosamente, a equipe também prevê que a eliminação de variações não controladas nas arquiteturas de pontos quânticos oferecerá muitos benefícios a uma ampla gama de tecnologias de pontos quânticos futuras nas quais a fidelidade é importante.