Sunnyvale, Kalifornien – 26 mars 2024 – NTT Research, Inc., en division av NTT (TYO:9432), meddelade idag att forskare från dess Fysik & Informatik (PHI) Lab har uppnått kvantkontroll av excitonvågfunktioner i tvådimensionella (2D) halvledare. I en artikel publicerad i Vetenskap Förskott, ett team ledd av PHI Lab Research Scientist Thibault Chervy och ETH Zurich Professor Puneet Murthy dokumenterade sin framgång med att fånga excitoner i olika geometrier, inklusive kvantprickar, och kontrollera dem för att uppnå oberoende energiavstämning över skalbara arrayer.
Detta genombrott uppnåddes vid PHI Lab i samarbete med forskare från ETH Zürich, Stanford University och National Institute for Materials Science i Japan. Excitoner, som bildas när ett material absorberar fotoner, är avgörande för tillämpningar som sträcker sig från ljusskörd och generering till kvantinformationsbehandling. Men att uppnå fin kontroll över deras kvantmekaniska tillstånd har plågats av skalbarhetsproblem på grund av begränsningar i befintliga tillverkningstekniker. I synnerhet har kontrollen över kvantpunkters position och energi varit ett stort hinder för att skala upp mot kvanttillämpningar. Detta nya arbete låser upp möjligheter för teknisk excitondynamik och interaktioner på nanometerskala, med implikationer för optoelektroniska enheter och icke-linjär kvantoptik.
Kvantprickar, vars upptäckt och syntes kändes igen i en 2023 Nobelpris, har redan distribuerats i nästa generations videoskärmar, biologiska markörer, kryptografiska system och på andra ställen. Deras tillämpning på kvantoptisk beräkning, ett fokus på PHI Labs forskningsagenda, har dock hittills varit begränsad till mycket småskaliga system. I motsats till dagens digitala datorer som utför boolesk logik som använder kondensatorer antingen för att blockera elektroner eller låta dem flöda, står optisk datoranvändning inför denna utmaning: Fotoner interagerar av naturen inte med varandra.
Även om den här funktionen är användbar för optisk kommunikation, begränsar den kraftigt beräkningstillämpningar. Icke-linjära optiska material erbjuder ett tillvägagångssätt, genom att möjliggöra fotonisk kollision som kan användas som en resurs för logik. (En annan grupp i PHI Lab fokuserar på ett sådant material, tunnfilmslitiumniobat.) Teamet som leds av Chervy arbetar på en mer grundläggande nivå. "Frågan som vi tar upp är i grunden hur långt kan du driva det här," sa han. "Om du hade ett system där växelverkan eller olinjäriteten skulle vara så stark att en foton i systemet skulle blockera passagen av en andra foton, skulle det vara som en logisk operation på nivån av enstaka kvantpartiklar, som sätter dig in i riket av kvantinformationsbehandling. Detta är vad vi försökte uppnå, fånga ljus i begränsade excitoniska tillstånd."
Kortlivade excitoner har ingående elektriska laddningar (en elektron och ett elektronhål) vilket gör dem till goda förmedlare av interaktioner mellan fotoner. Användning av elektriska fält för att kontrollera rörelsen av excitoner på heterostrukturenheter som har en 2D-halvledarflaka (0.7 nanometer eller tre atomer tjock), Chervy, Murthy, et al. demonstrera olika geometrier för inneslutning, såsom kvantprickar och kvantringar. Det viktigaste är att dessa inneslutningsplatser bildas vid kontrollerbara positioner och inställbara energier. ”Tekniken i den här uppsatsen visar att man kan bestämma sig var du kommer att fånga exciton, men också vid vilken energi det kommer att fastna”, sa Chervy.
Skalbarhet är ett annat genombrott. "Du vill ha en arkitektur som kan skala upp till hundratals platser," sa Chervy. "Det är därför det faktum att det är elektriskt styrbart är väldigt viktigt, eftersom vi vet hur man styr spänningar i stor skala. Till exempel är CMOS-teknologier mycket bra på att kontrollera gate-spänningar på miljarder transistorer. Och vår arkitektur skiljer sig inte till sin natur från en transistor – vi håller bara en väldefinierad spänningspotential över en liten liten korsning.”
Forskarna tror att deras arbete öppnar flera nya riktningar, inte bara för framtida tekniska tillämpningar utan också för grundläggande fysik. "Vi har visat mångsidigheten i vår teknik när det gäller att definiera kvantprickar och ringar elektriskt", säger Jenny Hu, primär medförfattare och doktorand vid Stanford University. student (i Professor Tony Heinz forskningsgrupp). "Detta ger oss en oöverträffad nivå av kontroll över egenskaperna hos halvledaren på nanoskala. Nästa steg kommer att vara att undersöka djupare naturen hos ljus som emitteras från dessa strukturer och hitta sätt att integrera sådana strukturer i banbrytande fotonikarkitekturer."
Förutom att bedriva forskning om kvasipartiklar och icke-linjära material, är PHI Lab-forskare engagerade i arbete kring den koherenta Ising-maskinen (CIM), ett nätverk av optiska parametriska oscillatorer programmerade för att lösa problem som är mappade till en Ising-modell. PHI Lab-forskare utforskar också neurovetenskap för dess relevans för nya beräkningsramverk. I jakten på denna ambitiösa agenda har PHI Lab nått gemensamma forskningsavtal med California Institute of Technology (Caltech), Cornell University, Harvard University, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Notre Dame University, Stanford University, Swinburne University of Technology , Tokyo Institute of Technology och University of Michigan. PHI Lab har också ingått ett gemensamt forskningsavtal med NASA Ames Research Center i Silicon Valley.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- Källa: https://insidehpc.com/2024/03/ntt-research-phi-lab-scientists-achieve-quantum-control-of-excitons-in-2d-semiconductors/
