Polscy fizycy będą wytwarzać druty i kropki kwantowe

Polscy fizycy będą wytwarzać druty i kropki kwantowe
Fot. Adobe Stock. Data dodania: 20 września 2022

Druty kwantowe czyli włoski o średnicy poniżej 50 nanometrów i kropki kwantowe, maleńkie kryształki, nazywane sztucznymi atomami będą mogli wytwarzać polscy fizycy. Przydadzą się do budowy laserów i detektorów zanieczyszczeń.

Bardziej efektywne wytwarzanie nanostruktur umożliwi budowa nowoczesnej instalacji w Instytucie Fizyki PAN. Dofinansowanie tego przedsięwzięcia ze środków Unii Europejskiej dostała grupa jednostek naukowych, zrzeszona w konsorcjum Narodowe Laboratorium Technologii Kwantowych, do którego należy Instytut.

Nanodruty to struktury krystaliczne o średnicy poniżej 50 nanometrów i długość ok. 1000 nm. Hoduje się je na płytkach półprzewodnikowych, zazwyczaj arsenku galu (GaAs). Z nanodrutów, do których podłącza się źródło zasilania, można wytwarzać np. czujniki kwasowości i inne detektory. - Nanodrut to obiekt długi i cienki, w którym większość atomów znajduje się na powierzchni. Jeśli coś przyklei się do tej powierzchni, pod spodem powstanie obszar zubożony w ładunki, obejmujący nawet cały przekrój włókna. Efektem będzie znaczna zmiana oporu elektrycznego w nanodrucie - wyjaśnił mgr Tomasz Wojciechowski z Instytutu Fizyki PAN.

Jak dodał, dzięki nanodrutom w przyszłości będzie można również budować tanie i efektywne detektory do walki z zagrożeniami terrorystycznymi lub identyfikujące bakterie i wirusy. O tym, jakie substancje będą wykrywane, zadecyduje rodzaj powierzchni wychwytującej cząsteczki - prace nad takim materiałem już są prowadzone przez Instytut Chemii Fizycznej PAN. Wojciechowski podkreślił, że detektor z pojedynczego nanodrutu jest w stanie reagować nawet na pojedyncze cząsteczki i wirusy, a więc stężenia trudno wykrywalne innymi metodami.

Wytwarzanie drutów kwantowych to bardzo skomplikowany, długotrwały i kosztowny proces. Do hodowli kryształów w kształcie włosków o tak małej średnicy niezbędne są katalizatory nanometrowych rozmiarów, otrzymywane dzięki termicznej obróbce cienkiej warstwy złota naniesionej uprzednio na półprzewodnik. - Do tej pory napylanie tej warstwy odbywało się w osobnej komorze próżniowej, skąd próbkę trzeba było przenieść do drugiego urządzenia - tłumaczył Wojciechowski. - Nowa komora do napylania, połączona kanałem próżniowym z dotychczasową aparaturą, pozwoli uniknąć szkodliwego kontaktu napylonej próbki z atmosferą. Z kolei wyposażenie skaningowego mikroskopu elektronowego w działo jonowe i nanomanipulatory umożliwia obcinanie nanodrutów, nanoszenie na ich końcówki platynowych lub wolframowych kontaktów i mierzenie charakterystyk prądowych - dodał.

Z kolei kropki kwantowe to struktury półprzewodnikowe o rozmiarach nanometrowych we wszystkich trzech kierunkach przestrzennych. Uwięzione w nich elektrony emitują fotony o ściśle określonych energiach. Takie efekty są charakterystyczne dla atomów, dlatego kropki często nazywa się sztucznymi atomami. Za pomocą kropek można budować lasery i źródła pojedynczych fotonów.

- Źródła tego typu znajdują zastosowanie m.in. przy przesyłaniu informacji zaszyfrowanej kwantowo, a więc w sposób wykluczający możliwość podsłuchu. W Instytucie Fizyki PAN kropki kwantowe wytwarzano dotychczas tzw. metodą samoorganizacji - powstawały w sposób przypadkowy na odpowiednio spreparowanej płytce półprzewodnika. Nowa aparatura pozwoli produkować je również z wykorzystaniem nanodrutów - podkreślił prof. Tomasz Wojtowicz, kierownik Środowiskowego Laboratorium Fizyki i Wzrostu Kryształów Niskowymiarowych Instytutu Fizyki PAN.

Jak dodał, badania pomogą zrozumieć fundamentalne zjawiska zachodzące w nanostrukturach kwantowych, otworzą również drogę do budowy urządzeń przeznaczonych do zastosowań medycznych, kryptografii kwantowej i przechowywania informacji z wykorzystaniem metod spintroniki.

Narodowe Laboratorium Technologii Kwantowych (NLTK) to konsorcjum złożone z jednostek naukowych zajmujących się badaniami nad technologiami kwantowymi, w tym informatyką kwantową, inżynierią kwantową. W skład NLTK wchodzą: Uniwersytet Warszawski, Politechnika Wrocławska, Instytut Fizyki PAN, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, Uniwersytet Jagielloński, Uniwersytet Gdański, Uniwersytet Łódzki i Centrum Fizyki Teoretycznej PAN. W pięciu spośród ośmiu instytucji tworzących konsorcjum NLTK (UW, PWr, IF PAN, UMK, UJ) jest realizowany, dzięki wsparciu funduszy unijnych, projekt o tej samej nazwie, którego celem jest utworzenie i wyposażenie członkowskich jednostek naukowych w sprzęt niezbędny do prowadzenia wspólnych badań naukowych oraz badawczo-rozwojowych na światowym poziomie.
×

DALSZA CZĘŚĆ ARTYKUŁU JEST DOSTĘPNA DLA SUBSKRYBENTÓW STREFY PREMIUM PORTALU WNP.PL

lub poznaj nasze plany abonamentowe i wybierz odpowiedni dla siebie. Nie masz konta? Kliknij i załóż konto!

SŁOWA KLUCZOWE I ALERTY

Zamów newsletter z najciekawszymi i najlepszymi tekstami portalu

Podaj poprawny adres e-mail
W związku z bezpłatną subskrypcją zgadzam się na otrzymywanie na podany adres email informacji handlowych.
Informujemy, że dane przekazane w związku z zamówieniem newslettera będą przetwarzane zgodnie z Polityką Prywatności PTWP Online Sp. z o.o.

Usługa zostanie uruchomiania po kliknięciu w link aktywacyjny przesłany na podany adres email.

W każdej chwili możesz zrezygnować z otrzymywania newslettera i innych informacji.
Musisz zaznaczyć wymaganą zgodę

KOMENTARZE (0)

Do artykułu: Polscy fizycy będą wytwarzać druty i kropki kwantowe

NEWSLETTER

Zamów newsletter z najciekawszymi i najlepszymi tekstami portalu.

Polityka prywatności portali Grupy PTWP

Logowanie

Dla subskrybentów naszych usług (Strefa Premium, newslettery) oraz uczestników konferencji ogranizowanych przez Grupę PTWP

Nie pamiętasz hasła?

Nie masz jeszcze konta? Kliknij i zarejestruj się teraz!