量子点是纳米级半导体结构,具有独特的特性,长期以来一直因其在各种应用中的潜力而受到赞誉。它们还可用于捕获激子,激子是材料吸收光子时形成的束缚电子-空穴对。一种实现光学活性量子点电控制的新方法克服了对可扩展性和精度的传统限制,增强了激子和量子点在未来尖端应用(如光子量子计算)中的使用前景。
对激子的兴趣与其内在品质有关。与光子不同,这些短寿命的准粒子具有电荷,这使它们成为电子学和光子学之间有吸引力的界面。在重新发光之前的几皮秒内,激子可以以独特的方式纵,例如,通过施加电场。
由我和ETH教授Puneet Murthy共同领导的来自NTT Research,瑞士联邦理工学院(ETH)苏黎世和斯坦福大学的科学家团队介绍了一种方法,不仅可以电限制激子,还可以通过量子点阵列和其他几何形状来测量和放大激子。

结果和实验设置
我们证明,你可以决定在哪里捕获激子,也可以决定它将被捕获在什么能量下。电气控制对可扩展性至关重要。该技术在微小结上保持明确定义的电压电位,其方式在架构上与控制数十亿个晶体管栅极电压的互补金属氧化物半导体(CMOS)技术没有区别。
这些实验中的受控相互作用发生在异质结构器件上,异质结构器件由中间的 2D 半导体薄片(0.7 nm 或三个原子厚)组成,夹在全局底部栅极电极和顶部栅极层之间,其中纳米孔和蝴蝶结被蚀刻以定义激子约束(见图 1)。为了避免热波动,这些设备在具有光学访问的闭式循环干式低温恒温器中冷却至 5 开尔文 (-450°F)。
我们的激子电纳米级控制方法最重要的优点是有可能扩展到更复杂的结构。我们的量子点和其他捕获方法可以被视为更大系统的构建块。一个重要的动机是实现具有相同能量的多个量子点,这是光子量子信息处理和量子通信等应用的关键要素。
保持相同的能级一直是一个障碍,因为现有的材料调制方法受到材料无序和工艺变化的严重限制。成本也起着一定的作用。例如,将两个受限激子带到同一水平的一种方法是复制实验。换言之,两个样本在两种不同的设置中。然而,考虑到实验室设备成本,这种方法几乎不利于扩大规模。
我们通过制造一系列具有独立控制的领结来解决这个问题。图 2 显示了三个间隙尺寸为 50 nm、间隔为 1 μm 的领结。我们对三个 (BT0) 的左侧电极进行电短路,同时保持对每个右侧电极(BT1、BT2、BT3)的单独控制。这使我们能够将每个量子点的控制门数量减少到一个,从而在不影响控制的情况下增强了可扩展性。
我们的团队报告了量子点态的拟合能量作为单个栅极电压(VBT1、VBT2 和 VBT3)的函数,同时保持公共对电极 (VBT0) 恒定(见图 3)。2D激子的能量用蓝点显示。三个领结对电压表现出不同的依赖性,这可能是由于材料无序和纳米级制造不确定性导致的变化。但是这三个点可以通过在领结上施加合适的电压来同时调谐到简并。这在图3所示的光谱中很明显,该光谱显示了三个量子点态在能量上共振调谐。
基础物理与应用
将位置控制、光刻定义的量子点与同时和独立的能量可调性相结合的能力是我们方法的一个主要结果。一个关键的优势是它可以扩展到任何二维半导体,制造技术的改进将实现更小的捕获长度尺度和更好的空间控制。
光学计算是一种潜在的应用,它需要光子之间的相互作用,这类似于晶体管阻挡电子或允许它们流动时发生的情况。我们解决的问题是:我们可以在光学领域将其推向多远?我们需要控制其他光子的最小光子数是多少?
我们的研究结果不仅为未来可能的应用,而且为基础物理学揭示了几个新的方向。这种多功能技术可以电定义量子点,从而在纳米尺度上对半导体特性进行前所未有的控制。下一步是更深入地研究这些结构发出的光的性质,并找到将它们集成到尖端光子学架构中的方法。
广义相对论的量子理论是什么是怎么回事?当前的进展如何
量子理论 如果说广义相对论是现代物理学的两大支柱之一,那么量子理论作为我们借此了解基本粒子以及凝聚态物理的基础理论就是现代物理的另一支柱。然而,如何将量子理论中的概念应用到广义相对论的框架中仍然是一个未能解决的问题。 量子场论 作为现代物理中粒子物理学的基础,通常意义上的量子场论是建立在平直的闵可夫斯基时空中的,这对于处在像地球这样的弱引力场中的微观粒子的描述而言是一个非常好的近似。而在某些情形中,引力场的强度足以影响到其中的量子化的物质但不足以要求引力场本身也被量子化,为此物理学家发展了弯曲时空中的量子场论。这些理论借助于经典的广义相对论来描述弯曲的背景时空,并定义了广义化的弯曲时空中的量子场理论。通过这种理论,可以证明黑洞也在通过黑体辐射释放出粒子,这即是霍金辐射,并有可能通过这种机制导致黑洞最终蒸发。如前文所述,霍金辐射在黑洞热力学的研究中起到了关键作用。 量子引力 物质的量子化描述和时空的几何化描述之间彼此不具有相容性,以及广义相对论中时空曲率无限大(意味着其结构成为微观尺度)的奇点的出现,这些都要求着一个完整的量子引力理论的建立。这个理论需要能够对黑洞内部以及极早期宇宙的情形做出充分的描述,而其中的引力和相关的时空几何需要用量子化的语言来叙述。尽管物理学家为此做出了很多努力,并有多个有潜质的候选理论已经发展起来,至今人类还没能得到一个称得上完整并自洽的量子引力理论。 一个卡拉比-丘流形的投影,由弦理论所提出的紧化额外维度的一种方法量子场论作为粒子物理的基础已经能够描述除引力外的其余三种基本相互作用,但试图将引力概括到量子场论的框架中的尝试却遇到了严重的问题。在低能区域这种尝试取得了成功,其结果是一个可被接受的引力的有效(量子)场理论,但在高能区域得到的模型是发散的(不可重整化)。 圈量子引力中的一个简单自旋网络 试图克服这些限制的尝试性理论之一是弦论,在这种量子理论中研究的最基本单位不再是点状粒子,而是一维的弦。弦论有可能成为能够描述所有粒子和包括引力在内的基本相互作用的大统一理论,其代价是导致了在三维空间的基础上生成六维的额外维度等反常特性。在所谓第二次超弦理论革新中,人们猜测超弦理论,以及广义相对论与超对称的统一即所谓超引力,能够构成一个猜想的十一维模型的一部分,这种模型叫做M理论,它被认为能够建立一个具有唯一性定义且自洽的量子引力理论。 另外一种尝试来自于量子理论中的正则量子化方法。应用广义相对论的初值形式(参见上文演化方程一节),其结果是惠勒-得卫特方程(其作用类似于薛定谔方程)。虽然这个方程在一般情形下定义并不完备,但在所谓阿西特卡变量的引入下,从这个方程能够得到一个很有前途的模型:圈量子引力。在这个理论中空间是一种被称作自旋网络的网状结构,并在离散的时间中演化。 当前进展 在引力和宇宙学的研究中,广义相对论已经成为了一个高度成功的模型,至今为止已经通过了每一次意义明确的观测和实验的检验。然而即便如此,仍然有证据显示这个理论并不是那么完善的:对量子引力的寻求以及时空奇点的现实性问题依然有待解决;实验观测得到的支持暗物质和暗能量存在的数据结果也在暗暗呼唤着一种新物理学的建立;而从先驱者号观测到的反常效应也许可以用已知的理论来解释,也许则真的是一种新物理学来临的预告。不过,广义相对论之中仍然充满了值得探索的可能性:数学相对论学家正在寻求理解奇点的本性,以及场方程的基本属性;不断更新的计算机正在进行黑洞合并等更多的数值模拟;广义相对论最后一个预言(引力波)已被证实,人类探测到了引力波,对宇宙的认识将会到达一个新的领域。在爱因斯坦发表他的理论九十多年之后,广义相对论依然是一个高度活跃的研究领域。 随机文章2036年小行星撞地球几率二十五万分之一,或发射飞行器改变其轨道二战苏联主力战斗机浅析,共15000多架速度碾压德军战机科学家证实地狱多可怕,鬼哭狼嚎的声音是岩石的自然轻微活动闪雷兽存在吗,潘多拉最顶级掠食者/13公里外即可发现猎物如果地球没有大气层会怎样,手机没信号WIFI不能用/动植物会消失迷案在线 mazx.cn本站内容大多收集于互联网,内容仅供娱乐,并不代表本站观点,如果本站内容侵犯了您的权益,敬请联系网站管理员,我们将尽快回复您,谢谢合作!
量子少年的星座 乐华新男团量子少年
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