Kropka emituje elektron

W 1998 r. wykonane w Katedrze Fizyki Technicznej Uniwersytetu w Würzburgu próbki struktur półprzewodnikowych po raz pierwszy trafiły do Instytutu Fizyki (Wydział Podstawowych Problemów Techniki) PWr, gdzie scharakteryzowano ich właściwości optyczne. Tak rozpoczęła się trwająca ponad 10 lat współpraca obu zespołów badawczych. – My wiedzieliśmy, jak wytwarzać nanostruktury półprzewodnikowe użyteczne w zastosowaniach optoelektronicznych, a zespół prof. Jana Misiewicza z Wrocławia miał doświadczenie w charakteryzowaniu właściwości optycznych tych materiałów – mówi prof. Alfred Forchel z Würzburga. Kooperację sformalizowano poprzez udział obu zespołów w czterech europejskich programach badawczych i dwóch europejskich „sieciach” tematycznych. Zespół prof. Forchela doskonali epitaksję, czyli proces nabudowywania warstw krystalicznych na podłoże (MBE – molecular beam epitazy), rozwija nanotechnologię i spektroskopię optyczną. Fizycy z Würzburga dysponują też systemem do litografii wiązką elektronową (EBL – electron beam litography). Wszystkie te wątki badawcze mają odniesienie do prac wrocławskiego zespołu. Prof. Misiewcz tak wspomina warunki współpracy w niemieckimi badaczami: – Próbki z Niemiec przychodziły w piątek, a do poniedziałku musieliśmy mieć wyrobioną opinię co do potrzebnych zmian w procesach technologicznych. Trzeba było spędzać weekendy w laboratorium. Współpraca dotyczy także wymiany kadry. Dr Grzegorz Sęk podczas postdoka w laboratorium prof. Forchela opanował tajniki pracy na najwyższym stopniu konkurencyjności i opublikował (jako współautor) bardzo dobrą pracę w „Nature”. Dr. Damian Pucicki uzyskał tam kompetencje w technologii MBE. Obok stosowanej w laboratorium prof. Marka Tłaczały technologii MOVPE (technika osadzania warstw epitaksjalnych z fazy gazowej z zastosowaniem związków metaloorganicznych) jest to kluczowa metoda stosowana w nanotechnologii. Podczas grudniowego seminarium we Wrocławiu prof. Forchel przedstawił badania, które mają doprowadzić do wykonania emiterów pojedynczych fotonów. Subtelne wieżyczki półprzewodnikowe, jakie wykonano w laboratoriach Uniwersytetu w Würzburgu mają ok. 10 mikrometrów wysokości i średnicę 1-2 mikrometrów. Emiterami są znajdujące się w ich wnętrzu kropki kwantowe, których elektroniczne i optyczne właściwości dają się „uszyć na miarę”. Mają one precyzyjnie określone stany energetyczne, dlatego mogą emitować pojedyncze fotony o ściśle określonej energii. Tego typu struktury już znajdują zastosowanie w kryptografii kwantowej. – Rozdzielczość, jaką możemy osiągnąć dzięki technologii EBL, wynosi ok. 10 nanometrów, ale zwykle wykonujemy struktury o wielkości ok. 100 nm. Dążymy nie tyle do ich minimalizacji, co do wykonania bardzo dobrych struktur laserowych – emiterów pojedynczych fotonów o powtarzalnych parametrach. Precyzja jest ważniejsza niż wymiary. Jeśli ma to być 100 nm, to musi być właśnie 100, a nie 99,5 nm ani 100,5 nm – mówi prof. Forchel. Prof. Forchel został niedawno rektorem Uniwersytetu Juliusza-Maksymiliana w Würzburgu. Natychmiast doprowadził do podpisania umowy o współpracy między swoją uczelnią a Politechniką Wrocławską.