Quantenphysik Licht-Materie-Wechselwirkung ohne Störeinflüsse
Eine effiziente Licht-Materie-Schnittstelle könnte die Grundlage für eine Quantenkommunikation bilden. Bislang entstehen im Herstellungsprozess jedoch Strukturen, die das Signal stören.
Bestimmte Halbleiterstrukturen, Quantenpunkte genannt, könnten die Basis für eine Quantenkommunikation darstellen. Sie bilden eine effiziente Schnittstelle zwischen Materie und Licht, wobei die von den Quantenpunkten ausgesandten Photonen (Lichtteilchen) Informationen über weite Strecken transportieren könnten. Bei der Herstellung der Quantenpunkte entstanden bislang automatisch auch Strukturen, die die Kommunikation stören. Forschern der Universität Basel, der RUB und des Forschungszentrums Jülich ist es nun gelungen, diese Störeinflüsse zu eliminieren. Sie berichten in der Zeitschrift „Communications Physics“ vom 9. August 2019.
Elektronen einsperren
Quantenpunkte lassen sich in Halbleitern realisieren, indem Forscher zum Beispiel ein Elektron in einem sehr begrenzten Bereich einsperren. Die in Bochum hergestellten Quantenpunkte entstehen in dem Halbleitermaterial Indiumarsenid. Dieses Material lassen die Forscher auf einem Träger aus Galliumarsenid aufwachsen. Dabei entsteht zunächst eine gleichförmige Schicht aus Indiumarsenid, die nur anderthalb Atomlagen dick ist – die sogenannte Benetzungsschicht. Auf dieser Schicht erzeugen die Forscher anschließend Erhebungen: kleine Inseln von 30 Nanometern Durchmesser und nur wenigen Nanometern Höhe. Sie bilden die Quantenpunkte.
Problematisch ist die Benetzungsschicht, die im ersten Schritt aufgetragen werden muss. Aus ihr werden Photonen ausgesendet, die nicht für die Quantenkommunikation genutzt werden, sondern ein Rauschen im System erzeugen. Diesen Störeinfluss eliminierte das Forschungsteam nun durch eine zusätzliche Schicht aus Aluminiumarsenid, die die Wissenschaftler über den Quantenpunkten und der Benetzungsschicht wachsen ließen.
Auszeichnung mit Dissertationspreis
Die Probe für die vorliegende Arbeit erzeugte Dr. Sven Scholz am Lehrstuhl für Angewandte Festkörperphysik der RUB, der für diese Arbeit im Juni 2019 mit dem von der Wilhelm-und-Else-Heraeus-Stiftung geförderten Dissertationspreis der RUB ausgezeichnet wurde.*
* In der ursprünglichen Textfassung hieß es „Die Probe für die vorliegende Arbeit erzeugte Dr. Sven Scholz am Lehrstuhl für Angewandte Festkörperphysik der RUB, der für diese Arbeit im Juni 2019 mit dem Dissertationspreis der Wilhelm-und-Else-Heraeus-Stiftung ausgezeichnet wurde“. Diese Angabe wurde am 3.9.2019 um 8.40 korrigiert zu „Die Probe für die vorliegende Arbeit erzeugte Dr. Sven Scholz am Lehrstuhl für Angewandte Festkörperphysik der RUB, der für diese Arbeit im Juni 2019 mit dem von der Wilhelm-und-Else-Heraeus-Stiftung geförderten Dissertationspreis der RUB ausgezeichnet wurde“.
