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Nanowire electro-mechanical-optical systems

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Una nuova piattaforma per la comunicazione quantica

Un progetto finanziato dall’UE ha spianato la strada allo sviluppo di sistemi opto-elettro-meccanici che potrebbero rappresentare una nuova piattaforma per lo studio dei sistemi ibridi quantici.

Tecnologie industriali

Mentre la ricerca sui sistemi optomeccanico ed elettromeccanico sta procedendo a gran velocità, le iniziative congiunte in questi campi sono ancora scarse. Abbinando i circuiti di risonanza a microonde e le cavità ottiche allo stesso risonatore meccanico, può essere immaginato un nuovo genere di funzionalità dei dispositivi. Il progetto NEMO (“Nanowire electro-mechanical-optical systems”), finanziato dall’UE, ha affrontato lo sviluppo di tali dispositivi. In questi casi, la deformazioni meccanica di un nano-oggetto viene utilizzata per mettere a punto le proprietà elettromagnetiche e di trasporto. Ciò può essere ottenuto attraverso la pressione delle radiazioni su strutture sospese 1D come i nanofili semiconduttori (NW). Le loro versatili proprietà ottiche, elettriche e meccaniche possono essere controllate, offrendo l’opportunità di aggiungere o migliorare le funzionalità dei dispositivi nanomeccanici. NEMO ha testato preliminarmente due casi riguardanti la modulazione delle proprietà elettriche NW attraverso l’uso di campi di ingresso dei gradienti. Questi includevano le NW soggette a forti campi oscillanti asimmetrici o veloci ed etero-strutture abbinate ad antenne a campo lontano. I risultati principali comprendevano il controllo delle rotazioni in punti quantici NW e il rilevamento delle radiazioni di terahertz con transistor a effetto campo basati su NW etero-strutturati. Gli scienziati hanno quindi esplorato i dispositivi in cui le cavità ottiche ed elettriche vengono abbinate attraverso un comune risuonatore meccanico. Ciò ha incluso la ricerca sui sistemi optomeccanici standard che possono essere abbinati in base alla capacità ai circuiti elettrici. Il lavoro si è concentrato sull’ideazione di un cristallo fotonico optomeccanico con grandi giunti optomeccanici ed elettromeccanici. La funzione principale è stata la realizzazione di lacune nanometriche del condensatore, provocando un forte controllo elettrico delle proprietà elettriche del sistema. Le attività del progetto hanno portato di conseguenza alla produzione di NW in nitruro di silicio meccanico abbinato ai risonatori LC superconduttori. In questa piattaforma, che è compatibile con la fabbricazione con dispositivi ottici, sono stati mostrati molti effetti degni di nota: in particolare, l’emissione coerente di fononi, il forte abbinamento migliorato sul campo, il raffreddamento vicino allo stato del terreno sono stati osservati per una modalità meccanica a bassa frequenza. La realizzazione di un dispositivo in cui un NW in nitrato di silicio è abbinato a un circuito a microonde risonante spiana la strada alla realizzazione di un sistema completo opto-elettro-meccanico. La funzione sorprendente è rappresentata dall’uso di questi sistemi opto-elettro-meccanici nello stato quantico, in cui gli eccitamenti singoli elettronici, fotonici e fononici possono essere controllati. I risultati di NEMO rappresentano una pietra miliare sul percorso verso le reti quantiche basate sui dispositivi ibridi. L’abbinamento alle piattaforme optomeccaniche ed elettromeccaniche consentirà di sfruttare i vantaggi di entrambi i sistemi portando, ad esempio, a ripetitori quantici per la telecomunicazione di cubiti su lunghe distanze.

Parole chiave

Comunicazione quantica, elettromeccanico, optomeccanico, opto-elettro-meccanico, nanofili

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