یک آزمایش جدید روی طیف تابش نقاط کوانتومی در میکروکاواک های بلور فوتونی، نظریه‌ای که اخیراً در مورد الکترودینامیک کوانتومی کاواک ارائه شده است را تایید می‌کند.

نقاط کوانتومی نیمه رسانا (QDs) منبع مهمی از نور برای کاربردهای اطلاعات کوانتومی و مترولوژی کوانتومی هستند (خبر به سوی منبع تک فوتون ایده آل را ببینید). این ساختارهای نانومتری همچنین می‌توانند به توضیح مسائلی که درک فیزیکدانان از الکترودینامیک کوانتومی را به چالش می‌کشند کمک کنند.

از جمله این مسائل، پیش‌بینی‌های نظری متناقض در مورد واپاشی اکسایتون‌های QD - شبه ذرات متشکل از یک الکترون مقید به یک حفره‌ درون نیمه‌رسانا – است هنگامی که QD در کاواک فوتونی قرار می گیرد. اکنون الکسی لیاسوتا Alexey Lyasota، از دانشگاه نیو ساوت ولز استرالیا و همکارانش برای یکی از این نظریه ها تایید تجربی ارائه کرده اند[1]. نتایج آنها نشان می‌دهد که توصیف نظری برهم‌کنش نور-ماده بدون در نظر گرفتن تداخل بین کانال‌های واپاشی نوری اکسایتون‌ها کامل نیست.

نور تابش شده از QD در یک میکروکاواک، با نور تابش شده از QD در یک نیمه رسانای حجیم تفاوت دارد.QD در میکرو کاواک، نوری با طیف وابسته به قطبش تابش می کند که نامتقارنی دقیق آن با موقعیت QD در داخل کاواک تعیین می شود.

یک تئوری جدید پیشنهاد کرده که عدم تقارن به این دلیل رخ می‌دهد که واپاشی اکسایتون‌ها - که با جذب فوتون توسط QD ایجاد شده می شوند –از طریق حالت‌های نوری فضای آزاد و حالت های نوری محصور در کاواک است و این حالت‌های نوری با یکدیگر تداخل می‌کنند.

لیاسوتا و گروهش این نظریه را با انجام اندازه‌گیری‌های تفکیک شده ی قطبشی روی طیف‌های QD، و به طور خاص با تمرکز به ویژگی‌های طیفی که به انرژی‌های انتقال اکسایتون مربوط می شوند، تأیید کردند. حالت‌های فوتون فضای آزاد و محصور در کاواک ویژگی‌های قطبشی متفاوتی دارند، بنابراین محققان می توانستند اثر تداخل را در تابش اکسایتونی تفکیک قطبش شده جدا کنند. آنها می گویند که فهم این تداخل می تواند منجر به تابش کننده های تک فوتونی با بازده کوانتومی بالاتر نسبت به ابزارهای فعلی شود و درک بهتر از تلفات تابشی ناخواسته QD را امکان پذیر سازد.

[1]. A. Lyasota et al., “Mode interference effect in optical emission of quantum dots in photonic crystal cavities,” Phys. Rev. X 12, 021042 (2022).

منبع:

Explaining Asymmetric Emission from Quantum Dots