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 Max-Planck-Princeton-Partnerschaft in der Fusionsforschung bestätigt
23.11.2017 | Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

nachricht Magnetfeld-Sensor Argus „sieht“ Kräfte im Bauteil
23.11.2017 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

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: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Im Focus: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Kinderanästhesie aktuell: Symposium für Ärzte und Pflegekräfte

23.11.2017 | Veranstaltungen

IfBB bei 12th European Bioplastics Conference mit dabei: neue Marktzahlen, neue Forschungsthemen

22.11.2017 | Veranstaltungen

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Kinderanästhesie aktuell: Symposium für Ärzte und Pflegekräfte

23.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Seminar „Leichtbau im Automobil- und Maschinenbau“ im Haus der Technik Berlin am 16. - 17. Januar 2018

23.11.2017 | Seminare Workshops

Biohausbau-Unternehmen Baufritz erhält von „ Capital“ die Auszeichnung „Beste Ausbilder Deutschlands“

23.11.2017 | Unternehmensmeldung