物理学家利用激光和磁场操控暗激子以存储量子态

暗激子寿命长，可用于存储能量。

根据一份新闻稿，因斯布鲁克大学的研究人员与多特蒙德大学、拜罗伊特大学和林茨大学的同行们展示了一种新方法，该方法有助于控制半导体量子点中的暗激子并生成量子纠缠。

激子是一种在固体材料中形成的准粒子，源于电子跃迁到更高能态。当光子激发材料中的一个电子时，电子会从较低能级跃迁到较高能级带，但在较低能级带上留下一个空穴。

电子和空穴带有相反的电荷，并通过库仑力相互吸引，从而形成束缚态，电子和空穴围绕彼此旋转。物理学家将这种状态称为激子。

激子不携带净电荷，因为它们的相反电荷相互抵消。因此，这些准粒子不能帮助导电。然而，它们能够在材料中传递能量。研究人员渴望利用这些特性来存储和控制量子态。

亮激子与暗激子

根据与光子的相互作用方式，激子分为两类：亮激子和暗激子。亮激子是光学活性的激子，能够吸收或发射光。

在大多数半导体材料中，处于低能态的激子是亮激子，可以通过光吸收和发射来检测。另一方面，暗激子难以用标准光学技术检测，因为它们不涉及光的吸收或发射。它们很可能是由于电子和空穴不同的自旋构型而产生的。

暗激子寿命长，可用于存储能量。理解它们的行为有助于科学家控制它们并构建未来的光电器件。

将亮激子转化为暗激子

因斯布鲁克大学的研究人员利用啁啾激光脉冲和磁场，以可控的方式操控激子的自旋态。这样做使他们能够将亮激子转化为暗激子。

“我们也可以逆转这个过程，将暗激子变回亮激子，”参与这项工作的因斯布鲁克大学研究员弗洛里安·卡普（Florian Kappe）和勒内·施瓦茨（René Schwarz）解释道。“这样就能让（量子）状态在‘暗处’长时间保存，并在之后重新激活。”

研究人员随后使用另一束激光脉冲，将存储在暗态中的激子转化为亮态激子。

“这为控制量子存储器以及在量子点中生成纠缠光子对开辟了新的机会，”领导这项研究的因斯布鲁克大学光子学教授格雷戈尔·韦斯（Gregor Weihs）在新闻稿中补充道。

控制这些量子点的能力有助于广泛的应用领域，包括屏幕显示、生物医学传感器、太阳能电池和其他电子设备。

该研究成果发表在《科学进展》杂志上。

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