ГЛАВНАЯ » 2010»Декабрь»30 » Ученые продемонстрировали управление многочастичной корреляцией путем квантового ограничения
00:30
Ученые продемонстрировали управление многочастичной корреляцией путем квантового ограничения
29.12.2010 год.
Научной группе во главе с доктором Такаши Курода (Takashi
Kuroda) и доктором Марко Аббарчи (Marco Abbarchi) из
Научно-исследовательского центра по изучению квантовых точек
Национального института материаловедения (NIMS) в совместном
исследовании с учеными Университета Хоккайдо удалось управлять квантовым
состоянием нескольких частиц полупроводниковой квантовой точки, а также
изменить ее корреляционную энергию, Этот эксперимент позволит создать нелинейные
полупроводниковые устройства, обеспечивающие стабильную работу при
низком энергопотреблении.
Когда электрон и протон находятся близко друг к другу в вакууме, с
помощью кулоновской силы они взаимно притягиваются и формируют атом
водорода. Если поместить еще один электрон или протон, многочастичный
эффект приведет к формированию ионной молекулы водорода, включающей три
частицы.
Этот вид квантового состояния существует и в твердом состоянии. Пара
электрон-дырка в полупроводнике формируют экситон, напоминающий атом
водорода. Если добавить другой электрон или дырку, образуется сложная
структура из трех частиц, называемая заряженный экситон. В
полупроводнике, в отличие от водорода в вакууме, можно ограничить
электроны-дырки в квантовых точках, то есть можно ожидать чрезвычайно
малое пространство порядка несколько нанометров и увеличение
стабилизационной энергии мультиэлектронного состояния.
В этом исследовании были использованы квантовые точки арсенида галлия
(GaAs) в арсениде галлия алюминия (AlGaAs), изготовленные капельным
эпитаксиальным методом, который был разработан в Национальном институте
материаловедения Японии (NIMS). Отличительной чертой квантовых точек
является то, что длина кристаллической решетки идеально подходит для
промежуточного положения между гостевым и основным материалом
(хозяином).
В результате была создана беспрецедентно чистая квантовая структура.
Ученые пронаблюдали заряженный экситон путем измерения сигналов
фотонного излучения от одиночных квантовых точек. В частности, когда
стабилизационная энергия заряженных экситонов сочеталась с энергией
структуры с квантовыми ямами такого же материала, изначальный уровень
напряжения в 1 мегавольт увеличивался более чем в 10 раз.
Это повышение многочастичной энергии было обусловлено значительным
увеличением кулоновской силы в системе многих частиц, возникающей в
результате упаковки электронов в трехмерном нанопространстве. Этот
результат впервые объясняет эффект ограничения мультиэлектронного
состояния в нанопространстве, который не был известен ранее.
С прикладной точки зрения, благодаря электронной корреляции эта
технология является источником различных типов нелинейных устройств,
таких как оптические переключатели и лазеры. Если с помощью наноструктур
можно будет управлять интенсивностью взаимодействия, можно ожидать, что
такая технология позволит создать оптические полупроводниковые
устройства, которые обеспечат стабильную работу при малом
энергопотреблении