鲁尔大学波鸿分校 量子点内的电子被光子(绿色波形)提升到更高的能级
结果是所谓的激子，一种由两个电子和一个空穴组成的激发态
通过发射光子(绿色波形)，系统返回到基态(绿色路径)
在极少数情况下，会发生辐射俄歇过程(红色箭头):电子处于激发态，而较低能量的光子(红色波形)被发射
信用:RUB，阿恩路德维希 来自巴塞尔、波鸿和哥本哈根的研究人员对量子点的能量状态有了新的见解
它们是半导体纳米结构和量子通信的有前途的构件
通过他们的实验，科学家们证实了量子点中的某些能量跃迁，这种跃迁以前只能在理论上预测:所谓的辐射俄歇过程
在他们的研究中，巴塞尔和哥本哈根的研究人员使用了特殊的样本，这些样本是由波鸿鲁尔大学应用固体物理学主席团队制作的
研究人员在2020年6月15日在线出版的《自然纳米技术》杂志上报告了他们的结果
锁定电荷载流子 为了制造量子点，波鸿研究人员在晶体生长中使用自组织过程
在这个过程中，他们产生了数十亿纳米大小的晶体，例如砷化铟
在这种情况下，它们可以捕获电荷载流子，例如单个电子
这个构造对量子通信很有意思，因为信息可以在电荷载流子自旋的帮助下被编码
对于这种编码，必须能够从外部操纵和读取自旋
例如，在读出过程中，量子信息可以被印入光子的偏振态
然后，它以光速将信息传送得更远，并可用于量子信息传输
这就是为什么科学家们感兴趣的原因，例如，当能量从外部照射到人造原子上时，量子点中到底发生了什么
演示了特殊的能量转换 原子由一个带正电的核组成，这个核被一个或多个带负电的电子所包围
当原子中的一个电子具有高能量时，它可以通过两个众所周知的过程降低能量:在第一个过程中，能量以单个光量子(光子)的形式释放，而其他电子不受影响
第二种可能性是俄歇过程，高能电子将其所有能量给予原子中的其他电子
这种效应是由莉泽·迈特纳和皮埃尔·维克托·奥格在1922年发现的
带电激子的示意图，I
e
量子点中由两个电子和一个空穴组成的激发态
信用:阿恩路德维希 大约十年后，物理学家费利克斯·布洛赫从理论上描述了第三种可能性:在所谓的辐射俄歇过程中，受激电子通过将其转移到原子中的一个光量子和另一个电子来降低其能量
半导体量子点在许多方面类似于原子
然而，对于量子点来说，迄今为止，辐射俄歇过程只是在理论上被预测过
现在，巴塞尔的研究人员已经完成了实验观察
巴塞尔的研究人员和他们在波鸿和哥本哈根的同事一起
马提亚斯·勒布尔和理查德·沃伯顿教授在单个光子和一个俄歇电子的极限下观察到了辐射俄歇过程
研究人员首次证明了辐射俄歇过程和量子光学之间的联系
他们表明，辐射俄歇发射的量子光学测量可以用作研究单电子动力学的工具
量子点的应用 利用辐射俄歇效应，科学家还可以精确地确定量子点中单个电子可用的量子力学能级的结构
到目前为止，这只能通过计算结合光学方法间接实现
现在一个直接的证明已经实现了
这有助于更好地理解量子力学系统
为了找到适合不同应用的理想量子点，必须回答以下问题:一个电子在能量激发态停留的时间有多长？什么能级形成量子点？这怎么会受到制造过程的影响呢？ 稳定环境中的不同量子点 该小组不仅在砷化铟半导体的量子点中观察到了这种效应
波鸿博士的团队
朱利安·里茨曼博士
阿恩·路德维希和安德烈亚斯·维克教授也成功地用半导体砷化镓制造出量子点
在这两种材料系统中，来自波鸿的团队已经获得了非常稳定的量子点环境，这对于辐射俄歇过程至关重要
多年来，波鸿鲁尔大学的研究小组一直致力于稳定量子点的最佳条件
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