Atom Mn: wielobit kwantowy. Jan Gaj Instytut Fizyki Doświadczalnej

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Atom Mn: wielobit kwantowy. Jan Gaj Instytut Fizyki Doświadczalnej"

Roman Lewicki
5 lat temu
Przeglądów:

1 Atom Mn: wielobit kwantowy Jan Gaj Instytut Fizyki Doświadczalnej

2 Tomasz Kazimierczuk Mateusz Goryca Piotr Wojnar (IF PAN) Artur Trajnerowicz Andrzej Golnik Piotr Kossacki Jan Gaj Michał Nawrocki

3 Ostrzeżenia Będą uproszczenia. Wykrycie najbardziej skandalicznego może być nagrodzone. Decyzja należy do większości bez prawa veta wykładowcy. Będą pytania. Odpowiedź, która się najbardziej spodoba, może zostać nagrodzona. Decyzja należy do większości.

4 Motywacja: informatyka kwantowa Informatyka klasyczna: bit, przyjmuje dwie wartości: 0, 1 Informatyka kwantowa: qubit, występuje w stanach α 0 + β 1 ; α 2 + β 2 = 1 Komputera kwantowego dotychczas nie ma, ale jeśli powstanie, będzie rewolucja

5 Nagroda Fundacji na rzecz Nauki Polskiej 2008 Został uhonorowany wkład prof. Ryszarda Horodeckiego w stworzenie podstaw teoretycznych informatyki kwantowej, a w szczególności za wypracowanie podstaw praktycznej detekcji kwantowego splątania i odkrycie splątania związanego - "czarnych dziur w kwantowej teorii informacji.

6 Fundamentalna praca Science Citation Index 12/12/2008 Cited References Separability of mixed states: Necessary and sufficient conditions Horodecki M, Horodecki P, Horodecki R PHYSICS LETTERS A 223 (1-2): 1-8 NOV Document type: Article Language: English Cited References: 22 Times Cited: 849 Abstract: We provide necessary and sufficient conditions for the separability of mixed states. As a result we obtain a simple criterion of the separability for 2 x 2 and 2 x 3 systems. Here, the positivity of the partial transposition of a state is necessary and sufficient for its separability. However, this is not the case in general. Some examples of mixtures which demonstrate the utility of the criterion are considered.

7 Plan O qubicie O kropce kwantowej i ekscytonach Atom manganu w kropce Wykrywanie stanu (spinowego) manganu Jak sterować spinem manganu?

8 Jak zbudować qubit? Układ kwantowy o dwóch stanach własnych Dobra pamięć Szybka manipulacja Przykład: spin elektronu w kropce kwantowej Jon Mn: sześć stanów

9 Co to jest kropka kwantowa? Więzienie dla elektronów (dziur)

10 Półprzewodnik 1 Półprzewodnik 2 Półprzewodnik 1 T. Kazimierczuk

11 cqd.eecs.northwestern.edu

12 Jak zrobić kropkę kwantową?

13 MBE Epitaksja z wiązki molekularnej

14 Aparatura MBE

15 Samorosnące kropki kwantowe CdTe/ZnTe Wyhodowane przez Piotra Wojnara (IF PAN)

16 Jak obejrzeć kropki kwantowe? AFM Atomic Force Microscopy HRTEM High Resolution Transmission Electron Microscopy 2 nm 20 nm S. Kret, P. Dłużewski (IPPT PAN) P. Wojnar (IF PAN)

17 Jak pobudzić kropkę kwantową do świecenia?

18 Laser argonowy Pump laser Laser Dye laser barwnikowy T=1.5K Monochromator Spektrometr + CCD camera P1 P2 rozdzielczość przestrzenna 0.5 μm pole magnetyczne do 6T Cryostat Kriostatwith microscope objective T. Kazimierczuk

19 Jak badać świecenie jednej kropki?

20 -PL Intensity (arb. units) Mikrofotoluminescencja kropek kwantowych Mikroskop (rozdzielczość <1µm) T = 1.7K P = 700nW single QD emission CX XX CX' X

21 4000 P L intensity trion ujemny Xbiekscyton XX trion dodatni X+ ekscyton X biekscyton ujemny XX detection energy (mev) 1930 T. Kazimierczuk et al., 2008

22 Jak rozpoznać stan spinowy ekscytonu w kropce? Po polaryzacji kołowej fotonu σ+ σ-

23 polarization destroyed conserved reversed Lost (singlet) Jak się to mierzy? T. Kazimierczuk et al., 2008

24 Cy można przekazać spin z kropki do kropki? σ+ σ+ σ- σ-

25 Jak zrobić kropkę z jednym atomem Mn? CdTe (2 ml) (Cd,Mn)Te (0.05% Mn) CdTe (2 ml) cap layer (100 nm) (Cd,Zn)Te (0.8μm) CdTe (4μm) substrate (GaAs) Number of Mn ions in a single dot: ~1 Piotr Wojnar

26 Jak rozpoznać czy w kropce jest atom Mn?

27 X photoluminescence (arb. u.) XX CX energy (ev) 1.92 M. Goryca et al., 2008

28 E = Jσ X S Mn X Mn 5/2 3/2 σ+ 1/2-1/2-3/2-5/2 6 równoodległych stanów Energia przejścia spin manganu L. Besombes et al., PRL 93, (2004).

29 Jak rozpoznać stan spinowy atomu manganu w kropce? Dzięki oddziaływaniu ekscyton - mangan

30 Mn 5/2 3/2 σ+ 1/2-1/2-3/2-5/2 photoluminescence (arb. u.) X energy (ev) 6 równoodległych stanów Energia przejścia spin manganu M. Goryca et al., 2008

31 Odczytać widmo świecenia ekscytonu exc σ + exc linear 500 0T exc σ 500 X Mn 5/2 3/2 250 σ /2-1/2-3/ / E = Jσ X S Mn /2 3/2 σ /2-1/2-3/ E (ev) / M. Goryca et al., 2008

32 Jak wpływać na stan spinowy atomu manganu w kropce?

33 Natężenie luminescencji Mn E T. Kazimierczuk

34 Natężenie luminescencji Mn E T. Kazimierczuk

35 photoluminescence (arb. u.) B=+4.5T B=-4.5T Metoda działa, ale... wymaga sporego pola magnetycznego zmiana pola jest bardzo wolna energy (ev) M. Goryca et al., 2008

36 Jak inaczej wpływać na stan spinowy atomu manganu w kropce? Światłem (spolaryzowanym)

37 Światło kreuje nośniki o zadanym spinie Atom manganu jest Mn w otoczeniu spinowo spolaryzowanym Może się dostosuje? T. Kazimierczuk et al., arxiv: v1

Energia pobudzania (mev) Pobudzanie rezonansowe 2157 XX CX X 800 400 2156

38 Energia pobudzania (mev) Pobudzanie rezonansowe 2157 XX CX X Energia emisji (mev) M. Goryca et al., arxiv: v1

39 X Mn Jak szybko potrafimy zmieniać stan Mn? Pobudzanie σ+ Pobudzanie π B=1T Pobudzanie σ Energia emisji (mev) M. Goryca et al., 2008

40 Pamięć: setki µs I pobudzanie σ+ σ- σ+ T=1.5K, B=1T 42.9ns 1.0 PL intensity (arb.u.) t Manipulacja: dziesiątki ns ns 367ns 15.8ns exc 30µ w exc 10µ w exc 2.2µ w time (ns) 3000 M. Goryca et al., arxiv: v1

41 Emisja światła zdradza obecność ekscytonu w kropce kwantowej Polaryzacja światła świadczy o spinie ekscytonu Wykrywamy kropki z jednym atomem Mn Ustawiamy światłem spin atomu manganu Atom długo pamięta swój stan spinowy

42 Dziękuję za uwagę Nanoworld 2009, Kraków 9-11 stycznia

Podobne dokumenty

Ekscyton w morzu dziur

Ekscyton w morzu dziur P. Kossacki, P. Płochocka, W. Maślana, A. Golnik, C. Radzewicz and J.A. Gaj Institute of Experimental Physics, Warsaw University S. Tatarenko, J. Cibert Laboratoire de Spectrométrie