روسيا تطور تقنية جديدة للحصول على نقائص كمومية بدقة غير مسبوقة
© Fotolia / Tomasz Zajda
تابعنا عبر
نجح علماء روس من الجامعة الفيدرالية الجنوبية، في تطوير طريقة جديدة للحصول على ركائز منظمة لزراعة النقاط الكمومية. وستساعد نتائج الدراسة في إنتاج قاعدة مكونات للحوسبة الكمومية والاتصالات، والتي تضمن سلامة وحماية المعلومات بنسبة مئة في المئة.
من العناصر الرئيسية لأنظمة الاتصالات الكمومية والحوسبة الكمومية باستخدام الفوتونات ما يسمى بمصادر الفوتونات المفردة والمتشابكة.
ولكي يكون مثل هذا المصدر قادرا على إصدار (الضوء) فوتون واحد في كل مرة أو زوج من الفوتونات في كل مرة، فمن الضروري أن تكون هناك نقطة كمية واحدة فقط في منطقته النشطة.
وجاء في الدراسة التي نقلتها الخدمة الصحفية لوزارة التعليم والعلوم الروسية لوكالة "سبوتنيك": "من الصعب جدًا تحقيق ذلك باستخدام الطرق الحالية (عادةً ما يكون هناك مائة إلى ألف مرة أكثر من النقاط الكمومية). ومن الأصعب أيضًا الحصول على نقطة تصدر في نطاقات الاتصالات السلكية واللاسلكية O (~1.3 ميكرومتر) وC (~1.5 ميكرومتر)، متوافق مع تكنولوجيا الألياف البصرية الحديثة والدوائر المتكاملة الفوتونية القائمة على السيليكون".
اليوم، هناك طريقة واعدة، ولكنها معقدة للغاية من الناحية التكنولوجية، للحصول على مثل هذه الهياكل، وهي مرتبطة بالتنظيم الأولي لسطح الركيزة عن طريق إنشاء منخفضات عليه، حيث يحدث تكوين النواة ونمو النقاط الكمومية.
قام العلماء في تطوير نهج أبسط لإنشاء ركائز منظمة يمكن أن تُستخدم للحصول على نقاط كمية منخفضة الكثافة، والتي تشكل أساس الهياكل غير المتجانسة ومصادر الضوء الكمومي. وتعتبر هذه المصادر ضرورية لإنشاء أنظمة الاتصالات الكمية التي توفر حماية مئة في المئة للمعلومات المرسلة.
الطريقة التي اقترحها العلماء للحصول على النقاط الكمومية منخفضة الكثافة بسيطة للغاية ويمكن تنفيذها بسهولة في أي مختبر بإعدادات طبقية.
يقول رئيس قسم الإلكترونيات في الجامعة الفيدرالية الجنوبية، ماكسيم سولودوفنيك: "مرحلة تحضير الركيزة هي إجراء قياسي في تقنية الطلاوة، ولكن حتى الآن لم ينتبه أحد إلى حالة سطحها بعد إزالة طبقة الأكسيد منها، وعادة ما يتم وضع مواد أخرى على اللوحة على الفور. لاحظنا أن في هذه المرحلة من السطح، يحدث تكوين حفر متعددة الأوجه، وكان أول من قام بتحليل فيزياء هذه العملية هو من أظهر أن هذه العملية يمكن التحكم فيها، كما حاول استخدام المعلومات التي تم الحصول عليها للتكوين اللاحق للنقاط الكمومية".
وبحسب قوله، لم يقترح الباحثون طريقة لتشكيل السطح فحسب، بل أظهروا أيضًا أن النقاط الكمومية عليه تتشكل بشكل مختلف عن تلك التي تم الحصول عليها باستخدام الطريقة المعتادة. من خلال تغيير درجة حرارة الركيزة وضغط بخار الزرنيخ، وكذلك سمك فيلم الأكسيد، ومن الممكن التحكم في حجم وشكل المنخفضات الناتجة، وكذلك خشونة السطح.
يتيح هذا السطح المنظم إمكانية الحصول على نقاط كمية في أوضاع لا تتشكل فيها على سطح "عادي". بالإضافة إلى ذلك، بما أن المادة تميل إلى ملء الحفر المتكونة، فإن حجم هذه النقاط، وبالتالي طول موجة الضوء المنبعث منها، يمكن أن يكون أكبر من الطرق البديلة.
وأضاف سولودوفنيك: "أظهرت التجارب الأولى أنه يمكننا الحصول على نقاط تصدر ضوءًا بطول موجي يصل إلى 1080 نانومتر عند درجة حرارة الهيليوم السائل، في حين توفر الطرق البديلة طولًا موجيًا يبلغ 950 نانومترًا. نعتقد أن تحسين النهج المقترح واستخدام أدوات خاصة سيحقق نتائج أفضل. وإننا نعتقد أنه من الممكن في المستقبل تحويل نطاق الانبعاث لمثل هذه النقاط الكمومية، على الأقل، إلى نطاق O".
27 ديسمبر 2024, 13:14 GMT
ووفقا لسولودوفنيك، فإن التطوير أبسط وأسهل في الوصول إليه من الطرق الموجودة. وأكد العالم أن الطريقة الجديدة لا تتطلب الطباعة الحجرية أو تقنيات النمو المعقدة (على سبيل المثال، تكوين قطرات الماء)، والتي تستخدم عادة لإنشاء النقاط الكمومية.
وأشار الباحثون إلى أن هذا التطوير يقدم مساهمة مهمة في مجال الفوتونيات، وهو مجال ذو أولوية لتطوير التعليم الهندسي. ويتوقعون أن تكون البيانات التي تم الحصول عليها مطلوبة من قبل الشركات المحلية ذات التقنية العالية.
