В настоящее время многие группы ученых работают с наночастицами, крошечными частичками различных материалов, размером всего в несколько нанометров. Наночастицы, в свою очередь, бывают различной формы -столбики, сферы, кубы, пузырьки, S-, V-образные и т.п. Интерес к таким частицам обусловлен тем, что из-за своих крошечных размеров они имеют квантово-механические свойства, чего невозможно добиться при помощи объектов большего размера.
Исследователи из Центра наноразмерных материалов (Center for Nanoscale Materials, CNM), совместно с учеными из нескольких университетов, провели исследования и эксперименты с наночастицами тороидальной формы, изготовленными из полупроводниковых материалов. Такие "квантовые полупроводниковые кольца" могут найти практическое применение в областях квантовых коммуникаций, вычислений и хранения квантовой информации.
Крошечные кольца изготавливались из селенида кадмия, полупроводникового материала, который начинает испускать собственные фотоны света при освещении светом лазера. Эти квантовые кольца - практически двухмерные прозрачные структуры, состоящие всего из нескольких атомарных слоев.
"Если осветить такой двухмерный объект светом лазера, то можно ожидать, что материал начнет излучать фотоны вдоль двух своих осей" - пишут исследователи, - "Но, как это бывает достаточно часто, вы получите совсем не то, что вы ожидаете. В данном случае, к нашему удивлению, эти двумерные кольца излучают свет вдоль только одной своей оси".
Изменяя форму наночастицы и ломая, тем самым, ее осевую симметрию, исследователи добились изменения направления выходящего из частицы светового потока. Это, в свою очередь, дает ученым в руки возможность управления потоком фотонов вплоть до возможности управления единичными фотонами, которые содержат закодированную в них квантовую информацию.
"В будущем, когда это позволят сделать новые методы высокоточного производства, мы изготовим наночастицы с более сложной формой, к примеру, в виде прямоугольника с отверстием в центре или в виде листочка клевера в множественными отверстиями" - пишут исследователи, - "Это позволит кодировать в фотонах света более разнообразную квантовую информации или "загонять" в один фотон большее количество этой информации.
Остается добавить, что геометрия - это не единственный фактор, обеспечивающий возникновение квантовых эффектов. Как часто бывает с наноразмерными вещами, в этом принимает участие и атомарная структура материала, которая предварительно рассчитывается особым образом".