Ein Team der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena hat eine neue Kamera, die ultraschnelle Prozesse zeitaufgel?st misst, an der R?ntgen-Nanosonde ?ID16B“ des europ?ischen Synchro?trons ESRF in Grenoble (Frankreich) installiert. Mit ihr konnte nun erstmals gemessen werden, wie das Licht eines Leuchtzentrums in einem Nanodraht nach dessen Anregung durch einen R?ntgenpuls abklingt. Diese Grundlagenforschung er?ffnet Potenziale, Nanodr?hte mit Leucht?zentren als Wellenleiter in der Quantenkommunikation einzusetzen. Die ersten Ergebnisse haben die Forschenden jetzt in der Fachzeitschrift ?Advanced Science“ ver?ffentlicht.

Eine M?glichkeit, die Effizienz der Quantentechnologie zu verbessern, ist es, die Bauteile kleiner zu machen als bisher. Daher hat die Forschung an sog. Leuchtzentren in Halbleitern für Quantentechnologien enorm an Bedeutung gewonnen. Solche Systeme k?nnen sowohl als kleinste Rechen- und Informationseinheit eines Quantencomputers (Qubit) genutzt werden als auch als Einzelphotonenquelle. Bestehen diese Systeme aus Nanostruk?turen, ist eine Kopplung zu optischen Schaltkreisen auf einem Chip denkbar, um damit auch Quantenkommunikation auf kleinstem Ma?stab zu realisieren.

Ein winziges lichtleitendes System aus Halbleiternanodr?hten, das auch in der Quantenkommu?nikation eingesetzt werden k?nnte, haben Forscher der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena mit einem Ionenbeschleuniger modifiziert. Diese Dr?hte wurden so ver?ndert, dass sie Fremdatome als Leuchtzentren enthalten. In Grenoble konnte nun erstmals gemessen werden, wie das Schimmern von nur 10.000 Leuchtzentren abklingt, nachdem die Nanodr?hte mit einem R?ntgen?puls angeregt worden sind.?

Neuer Zerfallsmechanismus mit einer schnelleren Abklingzeit

Die Messungen des Teams belegen, dass ein neuer Zerfallsmechanismus mit einer schnelleren Abklingzeit gefunden wurde. ?Wir haben der optischen Lumineszenzdetektion eine weitere Dimension hinzugefügt: die Zeit", betont Christian Plass, Doktorand an der Universit?t Jena und Erstautor der aktuellen Ver?ffentlichung. Im Wesentlichen regen die Forschenden das System mit einem Puls des neuen ESRF-Hochleistungs-Synchrotrons an, das Material sendet Licht aus und sie k?nnen verfolgen, wie das Licht mit der Zeit abklingt und welche Farbe es zu einem bestimmten Zeitpunkt hat, indem sie die durch Nanor?ntgenstrahlen angeregte optische Lumineszenz nutzen.?

Kooperation machte Forschungserfolg erst m?glich

M?glich wurden die Ergebnisse aufgrund der Kombination des intensiven Synchrotronstrahls des ESRF, des Einsatzes des Strahlrohrs ID16B und der neuen sog. Streak-Kamera, die das Team der Friedrich-Schiller-Universit?t dort im Jahr 2021 installiert hat. Die Kamera, deren Implementierung vom Bundesforschungsministerium (BMBF) finanziert wurde, erg?nzt den bestehenden Aufbau der optischen Lumineszenzdetektion. ?Der Erfolg dieses Projekts ist der ?u?erst reibungslosen Zusammenarbeit zwischen den Teams zu verdanken, und zwar nicht nur zwischen den Wissenschaftlern, sondern auch zwischen den Softwareentwicklern bei der ESRF", fügt der leitende Jenaer Forscher und Ko-Autor Prof. Dr. Carsten Ronning hinzu. Denn damit die Kamera überhaupt in diesem Versuchsaufbau funktionierte, musste eine ?u?erst komplexe Software entwickelt werden.?

??Die Ergebnisse dieser ersten Studie sind zwar zun?chst vor allem von grundlegender Bedeu?tung, k?nnten aber zu weiteren Studien über künftige Anwendungen in der Quantenkommunika?tion führen – zum Beispiel über die Verwendung von Nanodr?hten als Wellenleiter für Licht, wie dies heute bei Glasfasern der Fall ist“, nennt Prof. Ronning weitere Forschungsans?tze.