Avance en comunicaciones cuánticas: emisor de fotón único opera a temperatura ambiente

I. A. Khramtsov et al./ Physical Review Applied, 2017

Con el uso de defectos únicos en semiconductores fue posible lograr la emisión de fotones únicos a temperatura ambiente. Para una descripción detallada del mecanismo de radiación, los científicos del Instituto Físico-técnico de Moscú (Rusia)  y la Universidad de Siegen (Alemania) examinaron la dinámica de formación de niveles electrónicos de energía sobre estos defectos. Physical Review Applied publica el estudio. El nuevo dispositivo constituye un avance en el desarrollo de plataformas de comunicación cuántica y en la manera en que las computadoras cuánticas del futuro podrán estar interconectadas.

El grupo de investigadores de Rusia y Alemania examinó un nuevo modelo para la emisión de fotones únicos y propuso el uso de un cristal de diamante como fuente de fotones únicos, con una vacante de nitrógeno como un defecto puntual. Tal impureza conduce a la formación de un nivel de energía adicional dentro de la zona prohibida del diamante y es un centro de color para ella. Según los autores, el proceso de emisión de fotones en tal mezcla consta de tres etapas principales.

En primer lugar, el electrón es capturado de la zona de conductividad al nivel de energía de impurezas. Después, para compensar la carga en el centro de color, se extrae un agujero de la banda de valencia. En la última etapa, entre los dos niveles (el nivel básico con electrón y el excitado con el agujero), se produce una transición con la emisión de un fotón. Para que tal fuente de fotones funcione, debe ser "recargada" para cada siguiente emisión, es decir, bombear nuevamente el electrón al nivel básico de impurezas del centro de color. Y es esto lo que permite irradiar no un haz continuo de luz, sino emitir fotones individuales.

 

El diagrama del mecanismo de tres etapas de emisión para un fotón único en el centro de color (NV)

I. A. Khramtsov et al./ Physical Review Applied, 2017

Para estudiar la cinética de emisión de un fotón único mediante un mecanismo de este tipo, los científicos utilizaron un modelo multielectrónico del centro de color y calcularon los tiempos característicos de todas las transiciones electrónicas y de agujeros en dicho sistema. Los investigadores lograron demostrar que la cinética de emisión está determinada principalmente por la concentración de electrones y agujeros en las inmediaciones del centro de color. En este caso, la frecuencia de emisión de fotones está limitada por la vida útil del estado de impurezas excitadas.

Para confirmar su modelo teórico, los científicos modelaron numéricamente un mecanismo para la emisión de un fotón único en este sistema, y ​​un diodo con capas adicionales de semiconductores, necesarios para "recargar" tal fuente. Según los investigadores, los resultados numéricos obtenidos son cuantitativamente consistentes no solo con el modelo teórico propuesto, sino también con los datos experimentales para la fotoluminiscencia de los centros de color.

Los científicos señalan que la principal ventaja de la fuente estudiada es que puede ser manejable a temperatura ambiente. En el futuro tal mecanismo puede ser utilizado para cristales semiconductores muy pequeños y, en particular, para puntos cuánticos.

Alexánder Dubov

Si te gustó esta noticia, entérate de más a través de nuestros canales de Facebook y Twitter.

Novedades

Suscríbete

Déjanos tu mail para recibir nuestro boletín de noticias

La confirmación ha sido enviada a tu correo.

Leer también

A inicios de mes, el 3 de noviembre, la República Popular China lanzó el primer cohete de carga pesada de su historia, el Larga Marcha-5, hito considerado el más grande de todos los avances espaciales del gigante asiático. Dicho lanzador empata la capacidad del imponente Delta-4 Heavy estadounidense, que puede enviar hasta 25 toneladas a la órbita baja de la Tierra. La misión pone al país presidido por Xi Jinping en una posición inmejorable en la carrera espacial y es una muestra más de cómo China es “con pleno derecho, la nueva gran potencia de la exploración espacial”, según el astrofísico Antonio Eff-Darwich. El académico y catedrático de la Universidad de la Laguna brindó una entrevista a N + 1 analizando alcances y potencialidades de aquel país en el referido campo.

China es, “con pleno derecho, la nueva gran potencia espacial” [ENTREVISTA]