(Phys.org) —Los puntos cuánticos semiconductores se están estudiando ampliamente por su uso potencial en tecnologías cuánticas futuras. Una de las razones de su atractivo es que pueden confinar bits cuánticos como excitones y espines dentro de ellos. En un nuevo estudio, Los investigadores han creado un punto cuántico que contiene un excitón en forma de electrón unido a un agujero de luz. El uso de un agujero ligero (en lugar de pesado) podría permitir que los puntos cuánticos tengan ventajas específicas para las tecnologías de la información cuántica.

El equipo de investigadores, Y. H. Huo, et al., de institutos en Alemania, Los países bajos, y Austria, han publicado su artículo sobre excitones de agujeros de luz confinados en puntos cuánticos en un número reciente de Física de la naturaleza .

Como explican los investigadores, los agujeros pesados ​​y ligeros se comportan de manera diferente porque están ubicados en diferentes bandas de energía de valencia en un material semiconductor. Para crear estos agujeros, los investigadores excitaron los electrones en estas bandas de energía usando luz. Cuando un electrón excitado se mueve a la banda de conducción, deja un estado vacío en una de las bandas de valencia. Este electrón faltante se comporta como una partícula (un agujero) con carga positiva y una masa que depende de la banda de valencia en la que se encuentre. Un agujero en la llamada "banda de agujeros de luz" se comporta como una partícula con una masa de varios veces más bajo que un agujero en la banda de "agujero pesado".

Hasta aquí, Todos los estudios experimentales en los que los agujeros están confinados en puntos cuánticos han utilizado agujeros pesados ​​porque son más fáciles de confinar desde un punto de vista energético. Sin embargo, Algunos análisis teóricos han sugerido que el uso de agujeros ligeros en lugar de agujeros pesados ​​sería beneficioso para las tecnologías de la información cuántica. Los beneficios potenciales incluyen la capacidad de lograr un control más rápido y mediciones más directas de los estados de giro.

Para investigar experimentalmente estos posibles beneficios, los investigadores crearon por primera vez puntos cuánticos con estados fundamentales de agujeros de luz. En lugar de rediseñar completamente la geometría del punto cuántico, demostraron que se podía utilizar la ingeniería de deformaciones para crear estos puntos.

El método de deformación implica la creación de puntos cuánticos inicialmente no tensados ​​en membranas pretensadas, y luego inducir tensión de tracción en los puntos liberando las membranas del sustrato. La deformación por tracción cambia el carácter de los puntos cuánticos de un agujero predominantemente pesado a un agujero predominantemente ligero. Cuando las membranas se colocan sobre un sustrato piezoeléctrico, la deformación por tracción se puede aumentar o disminuir aún más, permitiendo afinar la energía de emisión y el carácter del agujero. Como demostraron los investigadores tanto experimental como teóricamente, Los puntos cuánticos que contienen predominantemente estados fundamentales de agujeros ligeros tienen una firma claramente distinta en comparación con aquellos con estados fundamentales predominantemente de agujeros pesados.

Usando ingeniería de deformación, los investigadores demostraron que el estado del agujero en el suelo en el punto cuántico puede tener más del 95% de carácter de agujero de luz para deformaciones de tracción del 0,4%. Los puntos cuánticos también tienen una alta calidad óptica que es comparable a la de los puntos cuánticos de última generación. Combinado con el hecho de que las membranas son compatibles con el control eléctrico, Estas características muestran que los puntos cuánticos con agujeros de luz confinados pronto se pueden explorar como nuevos bloques de construcción para las tecnologías cuánticas.

"Los excitones de los huecos de luz pueden permitir la conversión directa de la polarización de un fotón (qubit volador) en el estado de espín de un electrón confinado en un punto cuántico (qubit estacionario), "coautor Armando Rastelli, Profesor de Física de Semiconductores en la Universidad Johannes Kepler de Linz en Linz, Austria, dicho Phys.org . Rastelli también está afiliado a IFW Dresden en Alemania. "Además, Los giros de agujeros ligeros (otra forma de qubit estacionario) se pueden manipular directamente a través de microondas y a velocidades más altas en comparación con los giros de agujeros pesados. Se necesitarán experimentos dedicados para evaluar cuál de estos potenciales se puede realizar en la práctica ".

En el futuro, los investigadores planean investigar cómo los agujeros pesados ​​se convierten en agujeros ligeros, así como otras preguntas abiertas.

"A continuación, planeamos analizar en detalle la transición de un estado de fondo de pozo pesado a un estado de pozo ligero, ", Dijo Rastelli." Con el enfoque tecnológico utilizado en el documento, esto no fue posible. Ahora estamos diseñando un actuador piezoeléctrico que puede permitirnos seguir sin problemas los cambios de emisión a medida que los estados de orificios pesados ​​y ligeros se cruzan entre sí. Además, estamos en contacto con colegas que planean investigar las propiedades de los giros de los agujeros ligeros ".

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