27260

طراحي، تحليل و شبيه‌سازي نقاط كوانتومي تركيبي به منظور استفاده در گسيلنده‌هاي تك فوتون مورد استفاده در پردازش اطلاعات كوانتومي

كارشناسي ارشد

مهندسي برق

1399

1401/6/28

دكتر شهرام محمد نژاد

برق

منابع تك فوتون، ذره كوانتومي مورد نياز تكنولوژي‌هاي كوانتومي را مهيا مي‌كنند. در كاربرد‌هاي مخابرات كوانتومي فوتون‌هاي جريان يافته درون كانال، بايد در طول موج حوزه مخابراتي قرار گيرند تا كمترين تلفات انتقال را داشته باشند. بنابراين هدف اين پژوهش طراحي، تحليل و شبيه‌سازي منابع تك فوتون با قابليت كار در دماي اتاق و طول موج مخابراتي انتخاب شده‌است. بدين منظور ابتدا مشخصات و پارامتر‌هاي توصيف‌كننده‌ اين منابع بررسي شده و سپس پژوهش‌هاي پيشين از حيث مكانيزم كار، روش ساخت و مشخصات خروجي گردآوري شدند. همچنين براي شبيه‌سازي منابع طراحي شده از محاسبات اتمي، بخصوص DFT استفاده مي‌شود. براي طراحي منبع مورد نظر، از نقطه كوانتومي سولفيد سرب (PbS) با ابعاد 1.5 نانومتر و شكل فضايي هشت وجهي استفاده شد. اين منبع به خودي خود در طول موج 400 نانومتر گسيل انجام مي‌دهد و بنابراين مناسب پروژه‌هاي مخابراتي نيست. روش‌هاي متفاوتي براي شيفت طول موج گسيل اين نقطه كوانتومي به سمت طول موج مخابراتي بررسي شدند. و درنهايت نشان داده شد كه تابش دوز مناسبي از يون با انرژي مشخص، امكان ايجاد نقص‌هاي كنترل شده را مي‌دهد. نقص جاي خالي ايجاد شده در نقطه كوانتومي، تراز‌هاي انرژي جديدي در بين باند HOMO و LUMO ايجاد كرده و باعث مي‌شود طيف جذب و گسيل افزاره مورد نظر به سمت قرمز شيفت پيدا كند. اين فرايند باعث خواهد شد كه يكسري از نقاط كوانتومي در بازه 1.3 تا 1.5 ميكرومتر و سري ديگر در بازه 0.7 تا 0.8 گسيل انجام دهند. اين مشخصات، مطابق با هدف اوليه تعيين شده مي‌باشد.

1401/08/09

Design, analysis, and simulation of hybrid quantum dots for use in single photon emitters used in quantum information processing

9/19/2023 12:00:00 AM

Single-photon sources provide the required quantum particles for quantum technologies. Photons are less affected by the surrounding environment than other quantum particles. Therefore, they seem to be a suitable option in quantum industrial projects that should work at room temperature. Quantum key distribution is the most widely used quantum technology. This telecommunication system is used for the safe transmission of information in channels. The photons flowing in the channel should be placed in the wavelength of the telecom domain in order to have the least transmission loss. Therefore, this research aimed to design, analyze, and simulate single photon sources with the ability to work at room temperature and telecom wavelength. The development of such a resource is critical from an industrial and laboratory point of view and will make quantum technology more widespread and not limited to laboratory use. In order to analyze and design these sources, first, the characteristics and descriptive parameters of single photon sources were examined, and then the previous research were compiled in terms of working mechanism, fabrication method, and output characteristics. Also, atomic calculations, especially DFT, will be used to simulate the designed SPE. In this way, the equations governing DFT and other atomic simulations were investigated. Then, using the ideas obtained in the literature review and simulation tools, a source capable of working at room temperature and emitting at the telecom wavelength was designed. For this purpose, a lead sulfide quantum dot (PbS) with dimensions of 1.5 nm and an octahedral spatial shape was used. This source by itself emits at a wavelength of 400 nm and is, therefore, unsuitable for the defined projects. Different methods were investigated to shift the emission wavelength of this quantum dot towards the telecom wavelength. Finally, it was shown that irradiating a suitable ion dose with specific energy allows the creation of controlled defects. The vacancy defect created in the quantum dot establishes new energy levels between the HOMO and LUMO bands and causes the absorption and emission spectrum of the desired device to shift towards red. This process will cause a series of quantum dots to emit in the range of 1.3 to 1.5 micrometers and another in the range of 0.7 to 0.8. This specification is in accordance with the primary purpose.

فرستنده تك فوتون , نقطه كوانتومي , مخابرات كوانتومي , تابش يون , شبيه‌سازي اتمي

Single photon emitters , Quantum dot , Quantum telecommunication , Ion irradiation , Atomic simulation

Pouya Nosratkhah

Shahram mohammad nezhad