SVILUPPO, ANALISI e CARATTERIZZAZIONE di una SORGENTE di SINGOLI FOTONI basata su NANOCRISTALLI SEMICONDUTTORI (SIN.PHO.NANO)
Progetto Negli ultimi anni i nanocristalli semiconduttori hanno attratto grande interesse e investimenti come sorgenti di singoli fotoni per applicazioni in campo medico, in informazione quantistica, e nel fotovoltaico. Questo progetto vuole aprire una nuova linea di ricerca, non presente in dipartimento, per lo studio, la caratterizzazione e l'ottimizzazione di sorgenti a nanocristalli sia dal punto di vista teorico, sia sperimentale. In particolare, si vuole sviluppare una sorgente di singoli fotoni a NC con un apparato relativamente economico in cui parte della tecnologia necessaria viene sviluppata in casa senza l'acquisto di strumenti commerciali.
Il progetto ha interesse sia fondamentale sia applicativo, nasce da una collaborazione internazionale con centri di eccellenza (LKB-Paris e NNL-Lecce) e permette l'accesso a nuovi canali di finanziamento europei. Contatti con realta' locali (CIMAINA) per eventuali sinergie sono gia' in corso.
I NC semiconduttori (CdSe, HgTe, CdTe) sono sferette con dimensioni tipiche di alcuni nanometri, caratterizzate da livelli elettronici quantizzati (confinamento). Lo spettro di assorbimento e' molto ampio mentre quello di fluorescenza e' stretto. La lunghezza d'onda centrale dipende dalle dimensioni, che possono essere variate per coprire l'intero spettro visibile.
Quando un laser eccita un NC, l'elettrone eccitato decade non radiativamente sul piu basso livello eccitato e da qui decade radiativamente sul livello fondamentale. La probabilita di eccitazione e' vicina al 100% ed il tempo di decadimento e' dell'ordine dei ns. Queste proprieta` fanno dei NC delle sorgenti stabili, modulabili e on-demand di singoli fotoni.
Allo stadio attuale, diversi fenomeni non sono completamente compresi, tra cui l'intermittenza (l'elettrone eccitato rimane intrappolato in difetti reticolari), la dipendenza della polarizzazione dalla forma della shell e la generazione a comando di stati entangled.
Gli scopi del progetto sono i seguenti
1. Analisi teorica dell'interazione tra NC e cavita` nanometriche in schemi per la produzione di radiazione direzionale e polarizzata;
2. Analisi teorica (elettroni in sistemi aperti) di NC con composizione continua (rispetto all'attuale semiconduttore avvolto in uno strato prottetivo con una brusca discontinuità) per ottimizzare la sorgente ed eliminare l'intermittenza;
3. Sviluppo di tecniche ottimizzate per la caratterizzazione a livello quantistico della radiazione emessa dai NC;
4. Realizzazione sperimentale di una sorgente a NC, attraverso il deposito di NC su vetrino e il raccoglimento della fluorescenza con un sistema ottico confoncale che per mezzo dello stesso obiettivo permette l'eccitazione e la raccolta della fluorescenza. La diagnostica prevede uno spettrometro, un apparato Hanbury-Brown Twiss per lo studio dell'antibunching, un interferometro per la misura del tempo di coerenza, e in seguito in schemi per la tomografia quantistica in campo e polarizzazione.