自己形成メサ上に作製した単一量子ドット中の多重励起子からの相関光子対発生

从自形成台面上制造的单个量子点中的多个激子生成相关光子对

• 批准号: 15710100
• 负责人: 熊野 英和
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15710100/
• 关键词: 単一光子源; 量子暗号通信; 光子相関測定; アンチバンチング; 相関光子対発生; 単一量子ドット; 単一光子光源; ワイドバンドギャップ半導体; 混晶半導体局在準位; 自己形成メサ構造; 量子情報科学; 非古典光発生

現在、通信の秘匿性の重要性が増し、量子力学の原理に基づいて安全が保証される量子暗号通信の実現が強く求められている。量子暗号通信用の光源として、現在は減衰させたレーザー光が利用されているが、光子数の揺らぎのためビットレートを高くできない問題がある。そこで、光子数状態と呼ばれる光子数揺らぎのない半導体光源の作製を検討した。光子数状態の発生には、離散的状態密度の存在が必要であり、安定性、加工精度、集積性の観点から最適であると判断した半導体零次元系を用いて研究を行った。半導体材料としてはSi-APD単一光子検出器との波長整合の観点からInAlAsを選択し、自己組織化量子ドットを成長後、微細加工技術によりメサ加工を施した。メサ領域に存在する量子ドットからの発光を顕微光学系に入射させたところ、単一量子ドットに起因する半値全幅約200μeV程度の鋭いピークが観測され、その起源を時間分解分光による強度減衰、また励起光強度依存性により検討したところ、単一量子ドット内に存在する励起子、あるいは励起子分子起源の発光線であると確認した。この内の一本の発光線、例えば励起子発光による光子数状態光の発生、更には単一光子発生の検証実験を、HBT setupと呼ばれる強度の二次相関関数を測定する光学系を用いて行った。結果として、励起子発光がアンチバンチングと呼ばれる状態を示すことを確認した。これは、単一量子ドットから生成した光子が光子数状態と呼ばれる光子数の確定した状態にあり、かつその光子数が1であることを示しており、本研究により盗聴の対象となる光子の複数個発生が強く抑制されていることが示された。また、引き続き励起子分子発光線と励起子発光線を用いて光子相関測定を行った。結果、単一量子ドット内の励起子分子発光→励起子発光→基底状態という連続的な発光再結合プロセスによる相関光子対の発生が明瞭に示された。

当前，通信的重要性变得越来越重要，并且对量子加密通信的需求很大，这确保了基于量子力学原理的安全性。当前，减弱的激光光被用作量子加密通信的光源，但是由于光子数量的波动，比特速率无法提高。因此，我们研究了不波动光子数（称为光子数态）的半导体光源的制造。离散状态密度的存在对于生成光子数量状态是必要的，并且使用半导体零维系统进行研究，该系统从稳定性，处理准确性和集成的观点确定为最佳。作为半导体材料，从波长与Si-APD单光子检测器的视点中选择了Inalas，在生长自组装的量子点后，使用微生物制作技术进行了MESA处理。当来自MESA区域中存在的量子点的发射入射在微观光学系统上时，由于单个量子点，由于单个量子点，全宽度约为200μEV。通过时间分辨光谱和激发光强度的依赖性来检查照片的起源，并证实发射线是单个量子点内存在的激子或激子分子的起源。我们使用称为HBT设置的光学系统之一，通过其中一条发射线之一（例如激子发射，甚至是单光子生成）进行了验证实验，以测量强度的二阶相关函数。结果，证实激子发射表现出称为抗束缚的状态。这表明由单个量子点产生的光子处于光子数量被称为光子数状态的状态，并且光子的数量为1，而这项研究表明，要窃听的多个光子的产生得到了强烈抑制。此外，使用激子分子发射线和激子发射线进行光子相关测量。结果，清楚地表明，相关光子对的产生是通过激子分子发射的连续发光重组过程实现的→激子发射→单个量子点内的基态。

项目成果

H.Kumano, Y.Hitaka, I.Suemune: "Emissions from single localized states observed in ZnCdS ternary alloy mesa structures"Applied Physics Letters. 82. 4277-4279 (2003)

H.Kumano、Y.Hitaka、I.Suemune：“在 ZnCdS 三元合金台面结构中观察到的单一局域态的发射”《应用物理快报》。