Новый способ получения структурированных подложек для роста квантовых точек разработали российские ученые. По их мнению, результаты исследования помогут производить компонентную базу для квантовых вычислений и связи, которая обеспечивает стопроцентную сохранность и защиту информации, сообщили РИА Новости в пресс-службе Минобрнауки РФ.
Ключевой элемент систем квантовых коммуникаций и квантовых вычислений с использованием фотонов — так называемые источники одиночных и запутанных фотонов. Чтобы такой источник мог излучать свет по одному фотону или по паре фотонов, необходимо, чтобы в его активной области была лишь одна квантовая точка.
"Добиться этого существующими методами довольно сложно (обычно квантовых точек в сто-тысячу раз больше). Еще сложнее — получить такую точку, которая излучала бы в телекоммуникационных диапазонах О (~1,3 мкм) и С (~1,5 мкм), совместимых с современной оптоволоконной технологией и фотонными интегральными схемами на основе кремния", — сказано в сообщении.
На сегодняшний день перспективный, но технологически очень сложный способ получения таких структур связан с предварительным структурированием поверхности подложки путем создания на ней углублений, в которых происходит зарождение и рост квантовых точек.
Ученые Передовой инженерной школы Южного федерального университета (ПИШ ЮФУ) совместно со специалистами НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург поставили перед собой задачу разработать более простой подход для создания структурированных подложек, которые могли бы использоваться для получения низкоплотных квантовых точек, являющихся основой гетероструктур и источников квантового света. Такие источники необходимы для создания систем квантовых коммуникаций, которые обеспечивают стопроцентную защиту передаваемой информации.
Предложенный учеными способ получения низкоплотных квантовых точек достаточно прост и может быть легко реализован в любой лаборатории, имеющей эпитаксиальную установку, считает один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник дивизиона "Электроника" ПИШ ЮФУ, руководитель молодежной лаборатории Максим Солодовник.
"Этап подготовки подложки — стандартная процедура в эпитаксиальной технологии, но до сих пор никто не обращал внимание на состояние ее поверхности после того, как с нее удалили оксидную пленку, обычно на пластину сразу же наносятся другие материалы. Мы же обратили внимание, что на данном этапе поверхности происходит образование ограненных ямок, первыми проанализировали физику этого процесса и показали, что этим процессом можно управлять, а также постарались использовать полученные сведения для последующего формирования квантовых точек", — рассказал он.
По его словам, исследователи не только предложили способ структурирования поверхности, но и показали, что квантовые точки на ней формируются не такие, как при обычном способе получения. Изменяя температуру подложки и давление паров мышьяка, а также толщину оксидной пленки, можно регулировать размер и форму создаваемых углублений, а также шероховатость поверхности.
Такая структурированная поверхность позволяет получать квантовые точки в режимах, при которых на "обычной" поверхности они не образуются. Кроме того, поскольку материал стремится заполнить сформированные ямки, то и размер таких точек, а значит, и длина волны излучаемого ими света, могут быть больше, чем в альтернативных методиках.
"Первые эксперименты показали, что мы можем получать точки, испускающие свет на длине волны до 1080 нм при температуре жидкого гелия, в то время как альтернативные методики обеспечивают длину волны на уровне 950 нм. Мы считаем, что оптимизация предложенного подхода и использование специальных инструментов позволят в дальнейшем сдвинуть диапазон излучения таких квантовых точек, как минимум, в О-диапазон", — рассказал Солодовник.
По его мнению, разработка отличается большей простотой и доступностью по сравнению с существующими методами. Для нового метода не нужны литография и сложные ростовые методики (например, капельная эпитаксия), которые обычно используют при создании квантовых точек, подчеркнул ученый.
Исследователи отмечают, что разработка вносит важный вклад в фотонику — приоритетное направление развития инженерного образования ЮФУ до 2036 года. Они ожидают, что полученные данные будут востребованы отечественными высокотехнологичными предприятиями.
Результаты опубликованы в журнале Applied Surface Science. Исследование проведено при поддержке Минобрнауки России по проекту "Передовые инженерные школы". Работа выполнена в молодежной лаборатории, созданной в рамках национального проекта "Наука и университеты".
Источник: https://ri.ria.ru/20250123/nauka-1995001743.html
