Dispositivi ottici quantistici
I fotoni confinanti hanno importanti applicazioni nell’ambito delle tecnologie dei diodi ad emissione luminosa perché l’emissione spontanea nelle microcavità può essere notevolmente migliorata rispetto a quella nello spazio libero. Il fenomeno può inoltre essere sfruttato nell’ambito delle telecomunicazioni e dei dispositivi di memoria, oppure per i sensori biomedicali. Il posizionamento controllato di nano-emettitori come PQ nelle cavità dei PhC potrebbe fornire una soluzione per il controllo ultrarapido e in tempo reale dei processi radiativi, tra cui l’emissione spontanea. Ci si aspetta che promuova il settore della nanofotonica, aprendo la strada alla realizzazione di circuiti fotonici complessi, tra cui router, switch e linee di ritardo a base di PhC. Lavorando sul progetto SITELITE, alcuni scienziati finanziati dall’UE hanno sfruttato nuovi metodi per la realizzazione di nano-emettitori controllati da sito. L’obiettivo finale è l’integrazione di strutture di PhC con emettitori di luce. Il primo passo è stato quello di ottimizzare il processo per la produzione di nano-emettitori controllati da sito attraverso l’idrogenazione spazialmente selettiva di materiali semiconduttori a base di nitruro diluito. I composti a base di nitruro diluito hanno proprietà uniche, diverse da quelle dei semiconduttori convenzionali, tra cui una forte dipendenza del band gap dal contenuto di azoto, che li rendono importanti nelle applicazioni dell’optoelettronica a lunghezza d’onda elevata o della fotonica. I ricercatori hanno migliorato le proprietà dei PQ fabbricati dal processo, anche detti di ingegneria della band gap nel piano di crescita, ottenendo l’emissione di singoli fotoni. Al momento, grazie a un processo applicativo monofase semplificato, si produce una maschera finita mediante litografia a fascio di elettroni, determinando un aumento significativo di campioni trattati con successo. Ulteriori ricerche sulle proprietà di deformazione modulate da idrogenazione spazialmente selettiva di nitruri diluiti indicano il modo per controllare il limite di polarizzazione e la direzione delle strutture filiformi. Questo è stato compiuto attraverso la creazione di un campo di tensione indotto da H fortemente anisotropo nel piano del campione. Lo stesso approccio è in fase di sviluppo per la realizzazione di strutture fotoniche a raggi X su misura. Gli scienziati hanno sviluppato un metodo basato sulla conoscenza per la progettazione delle cavità dei PhC, eliminando le procedure per tentativi ed errori che attualmente ostacolano l’ottimizzazione e l’ulteriore sviluppo. La fabbricazione della prima serie di dispositivi PhC passivi è prossima al completamento e una serie di matrici PQ ordinate pronte per essere integrate è attualmente in fase di misurazione spettroscopica dettagliata. I risultati del progetto SITELITE sono stati pubblicati sulle principali riviste scientifiche peer-reviewed. Il posizionamento di singoli oggetti quantistici in punti arbitrari della struttura dei PhC promette di inaugurare una nuova era di dispositivi fotonici. Le applicazioni potenziali in campi come l’optoelettronica, la biomedicina o l’energia abbondano.
Parole chiave
Cristalli fotonici, punti quantici, nano-emettitori, cavità, nitruro diluito