Bright and strain-tunable semiconductor quantum dot devices
Tid: Fr 2021-12-10 kl 10.00
Plats: Kollegiesalen och , Brinellvägen 8
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/64788165558
Språk: Engelska
Ämnesområde: Fysik, Optik och fotonik
Respondent: Thomas Lettner , Kvant- och biofotonik
Opponent: Professor Oliver Benson, Humboldt-Universität zu Berlin, Tyskland
Handledare: Val Zwiller, Kvant- och biofotonik; Klaus D. Jöns, Kvant- och biofotonik
Abstract
Optiskt aktiva halvledarkvantprickar har visats vara utmärkta källor för enstaka och intraslade fotoner med tillämpningar inom kvantoptik och kvantfotonik. Denna typ av källor anses vara kritiska för utvecklingen av framtida fotonikbaserade kvantteknologier så som kvantkommunikation, kvantdatorer och kvantmetrologi. I framtida kvantnätverk kommer dessa källor tillåta utbytet av kvantinformation genom optiska fiberlänkar och de kommer även att möjligöra kryptografiskt säker kommunikation genom kvantnyckeldistribution.
Det finns emellertid flera utmaningar inom utvecklingen av dessa kvantprickkällor för att nå dess fulla potential. En ideal kvantprickkälla genererar effektivt enstaka och intrasslade fotoner på beställning. Den har också hög uppsamlingskoefficient, låg sannolikhet för multi-foton generation, oskiljbar intrassling och hög kvantfidelitet. Slutligen är en ideal källa kompatibel med andra system genom att generera fotoner med önskvärda spektral egenskaper och genom att möjligöra effektiv koppling av dessa fotoner.
I denna avhandling har utvecklingen och tillverkningen av ljusa och töjnings-justerbara kvantprickskällor för enstaka och intrasslade fotoner studerats. Avhandlingen täcker högsymmetriska GaAs kvantprickar som genererar fotoner i det nära infraröda spektrat, InAs kvantprickar som genererar fotoner i telekommunikations C-bandet och InAsP kvantprickar inbädade i InP nanotråd som möjliggör deterministisk integration med fotoniska kretsar. De kritiska aspekterna av att använda dessa kvantprickar i kryogena mikro-fotoluminescens-experiment beskrivs, med fokus på att öka insamlingseffektiviteten med hjälp av solida immersionslinser. Fokuset för möjligheten att justera kvantpricken med hjälp av töjning ligger på fabrikationen av piezoelektriska ställdon som substrat för integration med kvantprickar med hjälp av polymerbaserad bindning. Slutligen beskriver denna avhandling simulering, tillverkning och karakterisering av en ny enhet med kvantprickar inbäddade i bredbands-paraboliska speglar i mikrokaviteter för förbättrad ljusinsamling.
Experimentella resultat som erhållits från en mängd olika kvantpricksenheter ingår i avhandlingen: Enheter med GaAs kvantprickar och solid immersion linser visar rekordlåg multifoton-sannolikhet samt nästan enhetlig urskiljbarhet. Piezoelektriska töjnings-justerbara enheter med InAs kvantprickar som sänder ut fotoner i C-bandet för telekommunikation möjliggör generation av enstaka och intrasslade fotoner på begäran med stämmningsbara egenskaper och hög intrasslings-fidelitet. Piezoelektriskt töjningsbara ställdon möjligör också konfigurerbara kvantoptiska fotonik kretsar med InP/InAsP nanotråds kvantprickar med stämbar emmisionsvåglängd integrerade i vågledaren. Slutligen uppnår GaAs kvantprickar i mikrokaviteter med en parabolisk spegel integrerade på ett piezoelektriskt ställdon en ökning av ljusstyrkan med en storleksordning jämfört med plana strukturer samtidigt som den gör det möjligt att justera emissionsvåglängden till den atomövergången 87Rb D1 som är relevant för applikationer inom kvantminnen.