Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zeitlich geordnete Photonenpaare

08.03.2012
Experimenteller Nachweis in der Resonanzemission von Quantenpunkten

Die kontrollierte Erzeugung von einzelnen Lichtquanten (Photonen) ist eine zentrale Voraussetzung für die künftige Datenübertragung in superschnellen Quantencomputern oder abhörsicheren Glasfaser-Kommunikationsnetzen.

Einen möglichen Ansatz hierzu bieten Halbleiter-Quantenpunkte (oft auch als „künstliche Atome“ bezeichnet), die zunächst mittels Laserlicht angeregt werden, um danach die Energie in Form genau eines Lichtquants wieder abzugeben und dabei in ihren Ausgangszustand zurückzukehren.

Photonen höchster Güte, in der Fachsprache von hoher Kohärenz, können speziell unter „resonanter“ Anregung erreicht werden. Hierbei wird der Laser genau auf den optischen Übergang des Quantenpunktes abgestimmt. Detaillierte Studien der so entstehenden Resonanzfluoreszenz sind ein Forschungsfeld des Teams von Prof. Peter Michler am Institut für Halbleiteroptik und Funktionelle Grenzflächen (IHFG) der Uni Stuttgart, das hierzu das Halbleitersystem Indium-Gallium-Arsenid untersucht. Anfang 2012 ist es den Forschern erstmals gelungen, die Resonanzfluoreszenz von einzelnen Halbleiter-Quantenpunkten im Regime eines „Dressed States“ quantenstatistisch im Detail zu studieren und dabei die Vorhersagen theoretischer Modelle zu verifizieren. *)

In der Theorie beschreibt ein „Dressed State“ den gemeinsamen Eigenzustand eines Zwei-Niveau-Quantenemitters (hier: Quantenpunktes) und des ihn umgebenden, wechselwirkenden Lichtfeldes (Laser) im Fall hoher Anregungsintensitäten. In diesem Fall können der Emitter und das Lichtfeld nicht mehr als einzelne Systeme betrachtet werden, sondern nur noch über einen gekoppelten Emitter-Licht-Zustand. Optische Übergänge zwischen den Zuständen („Dressed States“) einer so modifizierten Photonenquelle zeigen nicht mehr nur eine einzelne Frequenz der ausgesendeten Photonen, sondern weisen ein charakteristisch aufgespaltenes Drei-Linien-Spektrum („Mollow Triplet“) auf. Dieser Fingerabdruck der Resonanzfluoreszenz kann mittels hochauflösender Spektroskopie direkt beobachtet werden.

Die Forscher des IHFG konnten nun innerhalb des „Mollow Triplets“ einzelner Halbleiter-Quantenpunkte so genannte Zwei-Photonen-Kaskaden nachweisen. Durch kontrollierte leichte Verstimmung des anregenden intensiven Lasers gegenüber der Resonanz des Emitters präparierten sie einen Zustand, bei dem Photonen unterschiedlicher Energie aus den beiden Nebenbanden des „Mollow-Triplets“ in geordneter zeitliche Abfolge ausgesendet werden. In einer solchen Kaskade wird zum Beispiel abwechselnd ein hochenergetisches („blaues“) Photon, gefolgt von einem niederenergetischen („roten“) Photon erzeugt. Die zeitliche Reihenfolge wird dabei über die Verstimmung des Lasers kontrolliert und kann mit ihrer Hilfe sogar umgekehrt werden. Für den experimentellen Nachweis dieser Photonen-Kaskade wurde die Emissionsstatistik der Lichtquanten aus den beiden Nebenbanden des „Mollow Triplets“ direkt gemessen und im Detail untersucht. Die gewonnenen Ergebnisse zeigten dabei sehr gute Übereinstimmung mit den Vorhersagen der Quantentheorie.

Für eine zukünftige technologische Nutzung sind solche auf Resonanz-Fluoreszenz einzelner Quantenpunkte basierende Zwei-Photonen-Emitter deshalb interessant, weil ihre Lichtemission gegenüber bisherigen Konzepten deutlich verbesserte Kohärenzeigenschaften aufweist. Zu den möglichen Anwendungsfeldern derartiger Lichtquellen zählen zum Beispiel Protokolle zur sicheren Datenübertragung in der Quantenkommunikation oder auch Algorithmen des Quanten-Computings mit rein optischer Logik der Datenverarbeitung gegenüber herkömmlichen elektronischen Schaltkreisen heutiger Computersysteme. Sven Ulrich/amg

*) Über den Nachweis berichtete die Zeitschrift Nature Photonics im Februar 2012: http://dx.doi.org/ unter DOI: 10.1038/NPHOTON.2012.23

KONTAKT
Dr. Sven Ulrich
Institut für Halbleiteroptik und Funktionale Grenzflächen
Tel. 0711/685-65226
e-mail: s.ulrich@ihfg.uni-stuttgart.de

Andrea Mayer-Grenu | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-stuttgart.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Speicherdauer von Qubits für Quantencomputer weiter verbessert
09.12.2016 | Forschungszentrum Jülich

nachricht Elektronenautobahn im Kristall
09.12.2016 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie