[ad_1]
NTT Corporation (NTT) y la Universidad de Nihon han logrado crear un estado híbrido de electrones fotoexcitados y ultrasonidos de gigahercios con una vida útil prolongada de unos pocos milisegundos mediante la fabricación de elementos ultrasónicos dopados con elementos de tierras raras que resuenan con la luz en longitudes de onda de comunicación. Se espera que la capacidad de controlar electrones de tierras raras con alta coherencia se aplique a dispositivos de almacenamiento óptico cuántico de baja potencia. Esto abre la posibilidad de crear dispositivos energéticamente eficientes para almacenar y procesar información cuántica utilizando luz.
Este estado híbrido permite una conversión eficiente de energía entre ondas luminosas y acústicas con una amplia gama de bandas de frecuencia diferentes y la capacidad de manipular el número y las fases de los electrones excitados con ondas acústicas. En el futuro, NTT y sus colaboradores planean mejorar la controlabilidad del estado híbrido y aplicarlo a dispositivos de almacenamiento óptico cuántico de baja potencia mediante el uso de materiales en los que el erbio (Er) esté dopado sólo en la superficie superior o introduciendo una estructura que Los elementos ópticos permiten el acceso únicamente a Er en la superficie superior.
Este, un elemento de tierras raras, tiene electrones en su núcleo que responden bien a la luz en longitudes de onda de comunicación. Esto hace que Er sea útil en la memoria óptica cuántica, ya que ofrece una alta coherencia cuántica. Sin embargo, el efecto de blindaje de los electrones de valencia dificulta el control externo de los electrones del núcleo. Se requieren altos voltajes de decenas a varios cientos de voltios para controlar eléctricamente la longitud de onda de resonancia óptica de Er, lo que resulta ser un desafío para las aplicaciones en dispositivos cuánticos.
NTT ha encontrado una manera de cambiar el comportamiento de Er utilizando voltajes bajos, aprovechando el estrés provocado por la vibración mecánica. Sin embargo, la frecuencia está limitada a aproximadamente 1 MHz y la velocidad de modulación era lenta. NTT y la Universidad de Nihon han encontrado una manera más rápida. Lograron modular la frecuencia de resonancia óptica de Er a alta velocidad concentrando un voltaje oscilatorio de aproximadamente 2 GHz en la superficie del cristal y fabricaron un elemento que genera ondas acústicas superficiales, un tipo de onda ultrasónica, sobre un sustrato de cristal dopado con Er. Esto crea un estado híbrido en el que los electrones y las ondas sonoras rápidas interactúan porque la velocidad de modulación es más rápida que la vida útil de los electrones excitados. Al explotar este estado híbrido, es posible convertir eficientemente energía entre ondas luminosas y acústicas con bandas de frecuencia muy diferentes. Esto permite su uso en dispositivos de almacenamiento óptico cuántico que ahorran energía.
El dispositivo ultrasónico utilizado en este experimento se deforma cuando se aplica un voltaje al electrodo en forma de peine y se coloca sobre él una película delgada formada sobre un cristal dopado con Er. A continuación se excita la onda ultrasónica de la longitud de onda correspondiente al período del electrodo de peine. Por lo tanto, cuando se observa la absorción de luz por parte de Er, no hay solo un pico, sino múltiples picos que están distribuidos uniformemente. Las distancias entre estos picos corresponden a la frecuencia de las ondas ultrasónicas, lo que sugiere que el Er interactúa con estas ondas. Esta interacción es más fuerte cerca de la superficie del cristal. Gracias a esta interacción, mediante ondas de ultrasonido se puede controlar tanto el número como el comportamiento de los electrones excitados.
Por lo general, se presenta en diferentes formas (isótopos) con frecuencias de reacción ligeramente diferentes. En este experimento se utilizó Er con isótopos purificados. Este refinamiento limitó sus reacciones a unos 500 millones de veces por segundo. Cuando se introdujeron ondas sonoras, los electrones Er respondieron uniformemente
más rápido, alrededor de 2 mil millones de veces por segundo. A continuación, se necesitaba un rayo láser con propiedades excepcionalmente precisas; NTT y la Universidad de Nihon utilizaron un peine de frecuencia óptica para garantizar que el comportamiento del láser estuviera calibrado con precisión. Dado que los cristales utilizados no responden naturalmente a la electricidad, se aplicó una fina película a su superficie que induce el movimiento cuando se aplica electricidad. NTT creó una película de alta calidad para este experimento. Desarrollaron una configuración eficaz para estudiar y controlar la reacción de los electrones en los cristales de Er.
Este desarrollo tiene un enorme potencial para el campo de la tecnología cuántica, particularmente para el control preciso de electrones de tierras raras, como lo ejemplifica el uso de Er. El enfoque innovador de NTT de utilizar voltajes bajos y vibraciones mecánicas ha superado los desafíos asociados con el efecto de blindaje de los electrones de valencia y allanó el camino para velocidades de modulación más rápidas, alcanzando frecuencias de 2 GHz. Este avance permite la conversión eficiente de energía entre ondas luminosas y acústicas en diferentes bandas de frecuencia y promete aplicaciones en dispositivos de almacenamiento óptico cuántico de baja potencia.
Fuente: http://group.ntt/en/
[ad_2]