Uma equipe de pesquisa da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara (UCSB - EUA), dirigida pelo Professor Dirk Bouwmeester, criou uma fonte inovadora de fóton único ("single-photon") utilizando um dispositivo semicondutor que pode emitir fótons a uma freqüência de 31 Mhz.

Os pesquisadores utilizaram uma caixa quântica (quantum dots) para obter uma fonte emitindo a uma freqüência 5 vezes superior àquela obtida anteriormente, mas, sobretudo, mais luminosa, atingindo 38%. Ademais, utilizando uma fonte laser contínua e não pulsada, a freqüência de emissão atinge 116 Mhz.

Baseando-se em um design clássico para esse tipo de experiência, foram necessárias inovações para que esse resultado fosse alcançado. Inicialmente, a cavidade que serve para o confinamento da luz foi redesenhada, utilizando-se formas bem específicas, a fim de confinar mais fortemente a luz na caixa quântica, e, portanto, melhorar a freqüência de emissão de fótons.

A nova técnica de fabricação de cavidades não mais se baseia em micro-pilares, mas na utilização de fatias escavadas ao redor de um motivo central, que permite criar aberturas mais precisas e sólidas, da ordem de 20 mícrons, em óxido de alumínio, o que melhora muito o confinamento. Além do mais, utilizando contatos elétricos sobre essas aberturas, os pesquisadores mostraram a ocorrência da modificação da polarização do fóton emitido, o que é bastante interessante para a criptografia quântica.

Enfim, uma das melhorias essenciais conseguidas pelo trabalho dessa equipe está na eliminação dos chamados "dark states". Quando da formação de excitons pela caixa quântica, aqueles com spin valendo 1 podem emitir quando da recombinação de pares, enquanto aqueles com spin 2 não podem emitir nada.

Capa da Revista Nature Photonics mostrando as estruturas escavadas que permitiram aumentar a luminosidade dos single-photons.

Créditos: Nature Photonics

Para chegar a esse resultado, a caixa quântica é "pré-carregada" com um elétron. Quando da absorção de um par elétron-buraco, dois elétrons estão presentes na caixa e devem ter valores de spin opostos, segundo o princípio de Pauli. Isso permite ajudar o exciton a se recombinar no estado luminoso.

Não obstante o fato das experiências serem feitas à baixa temperatura e das freqüências poderem ainda ser aumentadas, este trabalho é um avanço significativo na área.

Science Daily, consultado em 02, janeiro, 2008 (Tradução - MIA).

Nota do Scientific Editor: esta notícia foi baseada no trabalho intitulado "High-frequency single-photon source with polarization control", de autoria de S. Straufe, G. Nick, M.T. Rakher, L.A. Coldren, P.M. Petroff and D. Bouwmeester, publicado na revista Nature Photonics, volume 1, p. 704-708, em 2007.


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