Sadece birkaç nanometrelik çok küçük yapılarda tuzaklanan böyle elektronlar etkileyici özellikler gösterir. Bu özellikler çok yeni (novel) bilgisayarlar veya yarıiletken laserler için kullanışlı olabilir. Forschungszentrum Dresden-Rossendorf Araştırma Merkezi ve Sheffield Üniversitesi’nden araştırmacılar, ilk kez uyarılmış elektronların tamı tamına ömürlerini ölçtüler ve onların bulguları Nature Materials dergisinde yayınlandı.
Bir GaAs katman üzerindeki bir kuantum noktanın TEM görüntüsü.
Birçok uygulama için elektronların ömrü ilgi çekicidir, bir yüksek enerji seviyesine uyarılmış elektron için onlar temel duruma geri dönünceye kadar uzun süre geçer. Bu herhangi bir laser için anahtar bir unsurdur ama kuantum bilgi işlemede modern uygulamalar için de ilgi çekici olabilir.
Başlangıcı 20 yıl önceye dayanan bu araştırma alanında, araştırmacılar GaAs benzeri standart yarıiletken alttaşlar üzerine kuantum noktaları büyütebildiler. Bu noktalar ufak piramitlerdir, onlar yerleştirildikleri alttaştan farklı yarıiletken malzemenin 1.000 ve 10.000 arasında değişen tipik atomun kapsarlar. Noktaların miktarları son derece küçük iken, elektronlar kuantum mekanik ölçeği izler ve sadece keskince enerjik duruma girdikleri varsayılır (farz edilir). Ayrıca, elektronlar üç yönden hapsedilir (sınırlandırılır) ve böylece onlar yapay atomun bir çeşidini temsil ederler, böylece gelecek optoelektronik aygıtların devriminin büyük bir parçası inşa edilmiş olabilir.
Aynı zamanda, uyarılmış elektronlar için bu kuantum noktalarında çok uzun zaman sürecek bir hareketlilik tahmininde bulundular. Birkaç yıl içinde neden uzun ömür gibi soruların olduğu bulmaca geriye kaldı, o zamanlarda fonon dargeçiti (phonon bottleneck) olarak adlandırılıyordu ve bu durum asla gözlenmedi. Birkaç sene önce belli başlı çalışmalar yeni bir ışık tutmaya başladı bu çıkarımlara: elektronların güçlü hapsedilmelerinden (sınırlandırılmalarından) dolayı teoride fononlara (örgü titreşimleri) karşı elektronların enerji kaybı söz konusu olmadığı tanımlandı.
Şimdi bu teorinin tahminleri ciddi olarak ele alınıyor, araştırmacılar geniş parametre aralığında teorinin izinli sert denemeleriyle kuantum noktası tasarladılar. Örgü titreşimin enerjisinden daha az önemli kuantum noktalarında enerji seviyelerinin ayrılmasıyla onlar bir enerji ayırması (seperation) için bin faktörden farklı olarak ömürlerini gözleyebildiler. Hesaplamalarda, gevşeme (rahatlama) zamanı birkaç pikosaniyeden nanosaniyeye kadar arttı, sadece elektron enerjisi yarıya indiğinde. Bu uzun ömür, orjinal fonon dargeçiti önermesinden farklı bir kökende beraber oldu ve bu birliktelik (uyum) kuantum noktaları tabanlı terahertz (THz) aygıtların belirli bir kısmında geçerli. Ayırma enerjisi, birkaç THz frekansı gibi ifade edilen 10-20 milielektronvolt (meV) sınıfındadır.
Bu elektron ömürlerinin tam olarak ölçülmesinde araştırmacılar, serbest elektron laseri (FEL) olarak adlandırılan kısa pulslu terahertz laserin bir türünü kullandılar. Bu serbest elektron laseri, yüksek şiddetli kızılötesi ve terahertz pulsları, fizik, kimya ve biyolojide bilimsel problemlerin birçok çeşidine uygun dalgaboyların veya frekansların geniş bir aralığında üretebilir.
Daha fazla bilgi: “Long lifetimes of quantum-dot intersublevel transitions in the terahertz range”, E. A. Zibik(1), T. Grange(2), B. A. Carpenter(1), N. E. Porter(1), R. Ferreira(2), G. Bastard(2), D. Stehr(3), S.Winnerl(3), M. Helm(3), H. Y. Liu(4), M. S. Skolnick(1), L. R.Wilson(1), in: Nature Materials, Advance Online Publication (AOP), 16 August 2009, DOI: 10.1038/NMAT2511
Hazırlayan : Gökhan Atmaca – KuarkMNB
Kaynak : http://www.physorg.com/news169817885.html
