Skip to main content

Nanowire electro-mechanical-optical systems

Article Category

Article available in the folowing languages:

Nowa platforma komunikacji kwantowej

Finansowany przez UE projekt utorował drogę do opracowania systemów optoelektromechanicznych, które mogą stać się nową platformą do badania kwantowych systemów hybrydowych.

Technologie przemysłowe

Badania nad systemami optomechanicznymi i elektromechanicznymi postępują wprawdzie milowymi krokami, jednak wspólne inicjatywy dotyczące tych zagadnień nadal są rzadkością. Połączenie mikrofalowych obwodów rezonansowych i wnęk optycznych z tym samym rezonatorem mechanicznym umożliwi planowanie urządzeń z nowymi funkcjami. Uczestnicy finansowanego przez UE projektu "Nanowire electro-mechanical-optical systems" (NEMO) zajęli się opracowaniem tego rodzaju urządzeń. W tych przypadkach deformacje mechaniczne nanoobiektu wykorzystywane są do regulacji jego właściwości elektromagnetycznych i transportowych. Można to osiągnąć, działając ciśnieniem promieniowania na zawieszone struktury jednowymiarowe (1D), takie jak nanoprzewody półprzewodnikowe. Możliwe jest kontrolowanie ich różnorodnych właściwości optycznych, elektrycznych i mechanicznych, co pozwala na dodawanie lub usprawnianie funkcji urządzeń nanomechanicznych. Uczestnicy projektu NEMO wstępnie przebadali dwa przypadki związane z modulacją właściwości elektrycznych nanoprzewodów poprzez zastosowanie gradientowego bramkowania pól. Doświadczenia obejmowały poddawanie nanoprzewodów działaniom silnych pól asymetrycznych lub pól o szybkiej oscylacji, a także sprzęganie ich heterostruktur z antenami dalekiego pola. Wśród najważniejszych wyników można wymienić kontrolowanie spinu w kropkach kwantowych nanoprzewodów oraz wykrywanie promieniowania terahercowego przy użyciu tranzystorów polowych opartych na heterostrukturach nanoprzewodów. Naukowcy zajęli się następnie badaniem urządzeń, w których wnęki optyczne i elektryczne są ze sobą połączone jednym rezonatorem mechanicznym. Badania objęły również standardowe systemy optomechaniczne, które można sprzęgać pojemnościowo z obwodami elektrycznymi. Prace skoncentrowano na opracowaniu silikonowego optomechanicznego kryształu fotonowego ze znaczącymi sprzężeniami, zarówno optomechanicznymi, jak i elektromechanicznymi. Najważniejsze było zrealizowanie nanometrowych przestrzeni między okładkami kondensatora, zapewniających rozległą kontrolę elektryczną nad właściwościami optycznymi systemu. Działania podejmowane w ramach projektu umożliwiły następnie opracowanie mechanicznych nanoprzewodów z azotku krzemu sprzężonych z nadprzewodnikowymi rezonatorami LC. Na tej zgodnej z produkcją urządzeń optycznych platformie udało się zaprezentować wiele niezwykłych efektów, a w szczególności zaobserwowano emisję fononów koherentnych, silne sprzężenie wzmocnione działaniem pola oraz chłodzenie zbliżone do stanu podstawowego w niskoczęstotliwościowym trybie mechanicznym. Opracowanie urządzenia, w którym nanoprzewody z azotku krzemu są sprzężone z mikrofalowym obwodem rezonansowym, toruje drogę do zrealizowania systemu, który byłby w pełni systemem optoelektromechanicznym. Znamienną funkcją byłaby możliwość obsługiwania tego rodzaju hybrydowych systemów optoelektromechanicznych w stanie kwantowym, w którym możliwe jest kontrolowanie pojedynczych wzbudzeń elektronowych, fotonowych i fononowych. Ustalenia uczestników projektu NEMO są kamieniem milowym na drodze do sieci kwantowych opartych na urządzeniach hybrydowych. Sprzężenie platform optomechanicznych i elektromechanicznych pozwoli wykorzystać zalety obu systemów, umożliwiając na przykład stworzenie kwantowych regeneratorów sygnału do zastosowań w telekomunikacji kubitowej dalekiego zasięgu.

Słowa kluczowe

Komunikacja kwantowa, elektromechaniczny, optomechaniczny, optoelektromechaniczny, nanoprzewody

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania