Kuantum fotonik, ışığın temel parçacığı olan fotonlara dayanan yeni bir teknoloji türünü içerir. Bu fotonlar potansiyel olarak uzak mesafelere kuantum bilgi taşıyabilirler. Foton kaynağı tek bir yonga üzerine yerleştirilebilir ve fotonlar yüksek oranda üretilebilirse, bu, yüksek hızlı kuantum iletişimi veya bilgi işlemeyi mümkün kılabilir, bu da bilgi teknolojilerinde büyük bir ilerleme anlamına gelebilir. Hiperbolik bir meta malzeme kullanan basit bir yonga üzerinde foton kaynağı önerilen bu çalışmada araştırmacılar, hassas bir şekilde düzenlenmiş bir prototipin düşük verimlilik sorunlarının üstesinden gelebileceğini ve yonga üzerinde foton kaynakları için yüksek tekrarlama oranlarına izin verebileceğini göstermek için hesaplamalar yapmıştır. Çalışmalar AIP Publishing’den Applied Physics Reviews’in bu haftaki sayısında önerilmiştir.
Yakın zamana kadar, tek foton kaynakları genellikle yarı iletkenlerdeki kendinden birleştirilmiş kuantum noktalarından veya yapısal kusurları olan elmas gibi malzemelerden yapılmıştır. Bununla birlikte, bu tür malzemelerden yüksek oranda tek fotonlar üretmek zordur. Bu sorunu çözmek için bazı yaklaşımlar denenmiştir, ancak şimdiye kadar sonuçlar dar bir bant genişliği ve düşük verimlilikten muzdarip olmuştur.
Bu sorunlara çözüm sunmanın bir başka yolu, foton kaynağı için meta malzemeler gibi özel malzemeler kullanmaktır. Meta malzemeler, kullanımdaki ışığın dalga boyundan çok daha küçük bir seviyede yapılandırılmış metalik ve dielektrik tabaka yığınlarıdır. Nanoteller gibi şekiller halinde oluşturulduğunda alışılmadık optik özellikler sergilerler. Malzemeden akan elektronlar, bir yüzey plazmonu olarak bilinen kolektif bir salınım kurarak lokalize elektromanyetik alanlar oluşturur.
Hiperbolik meta malzemeler, bu meta malzemelerin oldukça anizotropik versiyonlarıdır. Işığı çeşitli şekillerde manipüle ederler. Örneğin, ışığın dalga boyunu küçültebilir ve başka bir yerde dururken bir yönde serbestçe hareket etmesini sağlayabilirler.
Araştırmacılar, bir hiperbolik meta malzemenin yayılan fotonları iletmek için kullanılan yakındaki nanofiber uç yüzeyine göre kesin bir açıyla eğildiği çip üzerindeki foton kaynakları için bir geometri önermişlerdir. Eğim açısını dikkatlice seçerek, fiber ile arayüzde ışık yansımaları bastırılır.
Araştırma grubu tarafından yapılan hesaplamalar, bu basit geometrik düzenlemenin bu malzemelerle yapılan çalışmanın daha önceki sınırlamaları aşması gerektiğini göstermiştir.
Makalenin ortak yazarı Lian Shen yaptığı yorumda “Çalışmalarımız, yonga üzeri kuantum ağları için yüksek tekrarlama oranlarına sahip spektral olarak geniş tek foton kaynaklarının uygulanmasına yönelik hayati bir adımı temsil ediyor.” demiştir.
Kaynakça
-
Broadband Enhancement Relies on Precise Tilt by AIP Publishing LLC
- Lian Shen, Xiao Lin, Mikhail Y. Shalaginov, Tony Low, Xianmin Zhang, Baile Zhang, Hongsheng Chen. Broadband enhancement of on-chip single-photon extraction via tilted hyperbolic metamaterials. Applied Physics Reviews, 2020; 7 (2): 021403 DOI: 10.1063/1.5141275
