Nasz doktorant Tomasz Gzyl opublikował artykuł w prestiżowym ACS Publications. Jest to to wydawnictwo o globalnym zasięgu, a jego autorzy pochodzą z najlepszych ośrodków badawczych na świecie. 

Publikacja: Enhanced Photon Extraction through Optimized Waveguide Geometry for Zincblende InAsP/InP Nanowire Quantum Dots Emitting in the Telecom Range | ACS Applied Nano Materials

ukazała się w czasopiśmie “ACS Applied Nano Materials”  i powstała pod merytoryczną opieką dr inż. Anny Musiał, która jest promotorem pomocniczym pracy Tomasza Gzyla, a promotorem głównym jest dr hab. inż. Wojciech Rudno-Rudziński (oboje związani z Katedrą Fizyki Doświadczalnej WPPT). Artykuł jest częścią badań realizowanych na Politechnice Wrocławskiej w ramach europejskiego projektu QCEED: Quantum Dot coupling engineering (and dynamic spin decoupling/deep nuclei cooling): 2-dimensional cluster state generation for quantum information processing). Kierownikiem badań jest prof. Grzegorz Sęk, a koordynatorem międzynarodowego konsorcjum - Tyndall National Institute, University College Cork w Irlandii.

 Tomasz Gzyl, doktorant z Katedry Fizyki Doświadczalnej 

W ramach badań, których wyniki zostały opisane w publikacji, doktorant wykonał obliczenia numeryczne struktury w postaci nanodrutu o kwadratowej podstawie o rozmiarze kilkuset nanometrów i zwężającego się ku górze z materiału półprzewodnikowego (fosforku indu - InP). Wewnątrz nanodrutu umieszczone jest źródło światła. W tym przypadku jest to nanometrowych rozmiarów inkluzja z innego materiału, również półprzewodnikowego stopu – fosforku arsenowo-indowym (InAsP), tzw. kropka kwantowa, która emituje w ważnym z punktu widzenia zastosowań zakresie telekomunikacyjnym (1310 nm i 1550 nm to długości fali odpowiadające drugiemu i trzeciemu oknu), minimalizującym straty sygnału optycznego w standardowych światłowodach szklanych.  

Celem symulacji było wyznaczenie geometrii nanodrutu, dla której możliwe będzie wykorzystanie, jak największej ilości światła emitowanego przez kropkę kwantową (jak najwięcej światła dotrze do układu optycznego o zadanych parametrach, służącego do detekcji emisji ze struktury).

Układ do mikrofotoluminescencji w Laboratorium Spektroskopii Optycznej Nanostruktur

- Optymalizacja polegała w szczególności na znalezieniu optymalnej średnicy nanodrutu, dla której światło z kropki sprzęgnie się do pojedynczego modu falowodowego i zostanie poprowadzone wzdłuż nanodrutu – opisuje Tomasz Gzyl. - Drugim ważnym parametrem był kąt zwężania się nanodrutu ku górze (ang. taper angle), mający zagwarantować kierunkową emisję z wierzchołka nanodrutu, której większość wydostanie się z nanodrutu do otaczającej go próżni. 

Struktury o wyliczonej przez doktoranta geometrii, wytworzyli partnerzy projektu z Instytutu Nanonauki w Pizie - pod kierownictwem prof. Lucii Sorby. Wzrost odbył się metodą epitaksji chemicznej z zastosowaniem trzech faz (ang. Chemical Beam Epitaxy Vapor-Liquid-Solid).  - Grupa z Pizy opracowała wcześniej, jako pierwsza na świecie, wzrost nanodrutów w kubicznej strukturze krystalograficznej, tzw. strukturze blendy cynkowej, która pozwala na wytworzenie niezdefektowanego materiału o większej średnicy niż dotychczas – dodaje doktorant. -  Pozwoliło to między innymi na większą skalowalność parametrów kropki kwantowej i obejście ograniczenia dotyczącego zakresu długości fali emisji, ich odpowiedników wzrastanych w strukturze wurcytu.

Następnie, aby zweryfikować eksperymentalnie obliczenia numeryczne, Tomasz Gzyl wykonał pomiary mikrofotoluminescencji na serii próbek, które otrzymał z Włoch, z nanodrutami o różnych średnicach. Wyniki pokazały, że próbka z nanodrutami o zoptymalizowanych  parametrach wykazuje prawie o rząd większy poziom sygnału niż próbka niezoptymalizowana, a zakres długości fali emisji obejmuje trzecie okno telekomunikacyjne.

Otrzymane wyniki są pierwszym krokiem w stronę otrzymania w pełni zoptymalizowanych struktur sprzężonych kropek kwantowych w nanodrucie, będącymi jednym z celów realizowanego projektu.

WARTO WIEDZIEĆ

ACS Publications to prestiżowe wydawnictwo należące do Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego (ang. American Chemical Society). Jest ono uznawane za jedno z najbardziej rzetelnych wydawnictw naukowych na świecie. I choć nazwa sugeruje nauki chemiczne, ACS wydaje także czasopisma dla fizyków, szczególnie w dziedzinach takich jak: fizyka chemiczna i molekularna, nanotechnologia (ACS Nano/ Nano Letters), inżynieria materiałowa i fizyka ciała stałego oraz fotowoltaika. Autorzy wydawnictwa pochodzą z najlepszych ośrodków badawczych na świecie (MIT, Stanford University, Max Planc Institute, Oxford University).