Учёные США создали лазер размером с рисовое зерно

Учёные США создали лазер размером с рисовое зерно

Исследователи из Принстонского университета (Princeton University) изготовили миниатюрный лазер нового типа, размер которого не превышает размеров рисового зернышка. Но самым интересным является то, что накачка этого микроволнового лазера, мазера, производится отдельными электронами, перемещающимися за счет эффекта квантового туннелирования через структуру "искусственного атома", известного под названием квантовой точки. Создание данного устройства является демонстрацией некоторого вида фундаментальных взаимодействий между светом и движущимися электронами, а практическое применение разработанная технология может найти в области квантовых вычислений, где квантовые точки, изготовленные из полупроводниковых материалов, могут выступать в роли квантовых битов, кубитов будущих квантовых компьютеров.

"Создание квантового лазера является важным шагом на пути создания квантовых вычислительных систем на базе полупроводниковых материалов" - рассказывает Джейкоб Тэйлор (Jacob Taylor), ученый из Национального института стандартов и технологий, - "И данное достижение полностью вписывается в движение к нашей главной цели - к реализации явления квантовой запутанности между кубитами полупроводниковых квантовых устройств, благодаря которому они смогут обмениваться информацией друг с другом".

Для создания миниатюрного лазера исследователи спроектировали квантовые точки, которые излучают фотоны в те моменты, когда движущиеся электроны переходят с более высокого на более низкий энергетический уровень. Каждая такая квантовая точка способна пропустить через себя только один электрон за один раз. "Это походит не группу людей, пытающихся перепрыгнуть через ручей при условии того, что площадка, с которой можно прыгнуть и на которую можно приземлиться, вмещает только одного человека" - рассказывает один из исследователей, - "Поэтому люди вынуждены преодолевать поток по одному. И наши двойные квантовые точки работают точно так, пропуская электроны через себя строго по одному".

Основой квантовых точек являются чрезвычайно тонкие, до 50 нанометров, нанопроводники из арсенида индия, полупроводникового материала. Эти нанопроводники проложены поверх металлических проводников еще меньшего диаметра, которые выполняют роль электрода, затвора, управляющего энергетическим уровнем квантовых точек.

Лазер состоит из двух идентичных квантовых точек, расположенных на расстоянии 6 миллиметров в углублении, деланном на подложке из сверхпроводящего материала, охлажденного практически до температуры абсолютного нуля. "Это является первым разом в истории физики, когда реализована квантовая связь между двумя точками, разделенными весьма существенным расстоянием, почти сантиметром".

Когда на устройство подается электрический потенциал, электроны по одному начинают проходить через структуру двойной квантовой точки. Теряя энергию на этом переходе, электроны заставляют квантовые точки излучать фотоны микроволнового диапазона, которые, отражаясь от зеркал, расположенных по краям углубления, выстраиваются в последовательный луч микроволнового лазерного излучения.

Большим преимуществом нового лазера является то, что энергетические уровни каждой квантовой точки могут быть установлены с очень высокой точностью. Чем больше разница между энергетическими уровнями квантовых точек, тем большую частоту имеет излучение лазера. Это позволяет получить такую частоту излучения лазера, на которой принципиально не могут работать полупроводниковые лазеры других типов, частота излучения которых, к тому же, определяется в момент их производства.

"Использование двойных квантовых точек позволяет получить полный контроль над их энергетическими уровнями и, как следствие, над движением отдельных электронов. Это, в свою очередь, позволяет лазеру излучать как непрерывный поток света достаточно большой для его размеров мощности, так и отдельные фотоны. И, благодаря этому, новый лазер может с успехом выступать в роли источника света и источника единичных фотонов для квантовых вычислительных систем будущего".

Newsland.ru

Похожие новости:
Лазер величиной с вирус
Самый компактный в мире лазер – устройство размером с вирусную частицу. «Плазмонный нанолазер», разработанный командой Тери Одом (Teri Odom), работает при комнатной температуре и может быть легко интегрирован в современные электронные устройства, делая их еще более компактными и быстродействующими.Плазмоны ..
2012-11-15 1688 0 Технология
1
Лазерный интернет: быстрее и еще быстрее
Физики из Университета штата Иллинойс разработали и создали миниатюрный оксидный лазер длиной 850 нм, способный передавать своими импульсами информацию со скоростью 40 гигабит в секунду. Подробности этой разработки опубликованы в журнале IEEE Photonics Technology Letters.  Лазер относится к типу oxide VCSEL, ..
2013-11-8 2787 0 Технология
0
Ученые создали микроускоритель частиц
Физики из Университета штата Техас в Остине создали настольный ускоритель частиц, который может разгонять частицы до таких энергий и скоростей, которые ранее были достижимы только с применением ускорителей длиною в сотни метров и стоившими сотни миллионов долларов. «Мы ..
2013-06-22 1749 0 Технология
0
Ученые создали летающего робота размером с муху
Группа ученых из Гарварда, изучая полет насекомых , создали прототип летающего мини-робота размером с обычную муху. Новинка получила название – Робомуха (robo-fly) и стала самым маленьким летающим роботом в мире.  Robo-Fly изготовлен из углеродного волокна. Весит ..
2013-05-3 2231 0 Технология
0
Новое устройство уменьшит стоимость водородного топлива
Некоторые автопроизводители начали разрабатывать автомобили, работающие на водородном топливе. Учёные Стэнфордского университета создали устройство, которое уменьшит стоимость водородного топлива. Ведущие компании Toyota, Mercedes-Benz и другие занимаются разработкой таких автомобилей, однако водородное топливо не дешёвое, ..
2014-08-31 2512 0 Технология
0
Британские учёные создали высокоурожайную пшеницу
Британские учёные вывели новый вид пшеницы, урожайность которого выше обычных сортов примерно на 30%. Учёные использовали перекрёстное опыление, чтобы сохранить лучшие свойства пшеницы «старого посева» и урожайность нового, выведенного искусственным путём вида, сообщает ..
2013-05-21 1659 0 Технология
1
РФ лидирует в лазерной гонке
В городе Саров Нижегородской области построят самый мощный в мире лазер. Установка двойного назначения стоимостью 1,75 млрд. руб. будет высотой с 10-этажный дом и длиной 360 метров. Есть мировой рейтинг мощнейших суперкомпьютеров, существует и рейтинг гигантских лазеров. Мощность ..
2012-02-23 2919 0 Технология
0
Российские учёные создают плотный лазер
Специалисты НВП «Топаз» в Томске разрабатывают лазерную установку для резки и сварки толстых металлов, которая не имеет аналогов в мире, передаёт inotomsk.ru. «Наша идея позволяет при меньшей мощности получить более высокую плотность мощности излучения, чем у стандартных систем. Для резки и сварки ..
2015-06-22 1906 0 Технология
0
Петербургские учёные создали 3D-ткань
Петербургские учёные рассчитывают на революцию в индустрии моды. Им удалось создать 3D-ткань. Всё дело в неповторимых кодах плетения обычных нитей. Благодаря чему можно и объёмный рисунок получить, и недостатки фигуры скрыть. Эксклюзив да и только - подделать такую ткань, уверяют ..
2012-06-4 1954 0 Технология
0
Сколково делает лазерно-плазменный ускоритель
Для нужд Роскосмоса Институт Джона Адамса (Великобритания) и Институт прикладной физики (Нижний Новгород) совместно построят мощный компактный лазер для лазерно-плазменного ускорителя – в рамках проекта «Сколково», на средства сколковского гранта. Лазерно-плазменные ускорители нужны примерно для тех же целей, что и магнитные: ..
2013-02-4 2142 0 Технология
0
США создали армаду летающих дронов размером с комара
Военно-воздушные силы США имеют в своём распоряжении значительные запасы крохотных летающих дронов, которых они готовы применить при первой же необходимости.Об этом сообщает Джон Хорган в National Geographic.DARPA объявила конкурс на создание дронов, которые бы имитировали бы размеры и поведение насекомых ..
2013-05-13 2208 0 Технология
0
Нанотехнологии: создано новое поколение чипов
Учёные из Кембриджского университета (англ. University of Cambridge) впервые создали новый тип чипа, который «передаёт» информацию в трёх направлениях (3D), сообщает labscience.ru. В настоящее время, чипы могут передавать только цифровую информацию и очень ограниченным способом, либо ..
2013-02-2 2446 0 Технология
0
Ученые создали микрочип, подавляющий голод
Британские ученые из университета в Лондоне создали микрочип, который способен подавлять аппетит. Испытания на животных электронного имплантата вот-вот начнется, и его создатели говорят, что это может обеспечить более эффективную альтернативу  хирургии для потери веса.  Чип представляет имплантируемый модулятор, ..
2013-04-1 1928 0 Технология
0
Физики создавали двухмерные графеновые транзисторы
Американские физики сделали большой шаг в сторону двухмерной графеновой электроники, научившись наносить слой изолятора на произвольные участки листа из "нобелевского" углерода, что позволило им изготовить сверхтонкие транзисторы из графена, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology. Этот элемент ..
2013-01-29 1692 0 Технология
0
На защиту людей поставят лазерный громоотвод
Любопытное физическое явление станет на защиту людей от молний. Учёные из Франции обнаружили, что при помощи ультракоротких вспышек лазера можно перенаправить опасный разряд. Физики выяснили, что фемтосекундный лазер может создавать нити из ионизированного газа, работающие также как и электрические провода. ..
2012-03-25 2707 0 Технология
0