Quantenkommunikation Photonenquellen aus Silizium für glasfaserkompatible Quanten

Quelle: Pressemitteilung des Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

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Lichtquanten, auch Photonen genannt, könnten Daten zukünftig kodiert und abhörsicher übertragen. Die Licht aussendenden Quellen sind in Silizium mit passenden Eigenschaften für die Kommunikation umsetzbar. Ein Verfahren, diese Quellen in moderne photonische Schaltkreise zu integrieren und so Quantenkommunikation per Glasfaser zu ermöglichen, fehlte. Bis jetzt.

Mit einer Objektivlinse prüfen die Forscher die Lichtausbeute von einem Feld von Silizium-Nanosäulen auf einem Chip.
Mit einer Objektivlinse prüfen die Forscher die Lichtausbeute von einem Feld von Silizium-Nanosäulen auf einem Chip.
(Bild: HZDR / Juan Baratech)

Nur siliziumbasierte Photonenquellen erzeugen Lichtteilchen mit einer Wellenlänge, die sich in Glasfasern auszubreiten kann. Was bislang fehlte, war ein Verfahren, diese Quellen in photonische Schaltkreise zu integrieren. EinTeam unter Leitung des Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) hat nun am Beispiel von Silizium-Nanosäulen erstmals eine geeignete Fertigungstechnik zur Integration von Einzelphotonenquellen in moderne photonische Schaltkreise präsentiert: eine chemische Ätztechnik, gefolgt von Ionenbeschuss.

Wie das HZDR mitteilt, wählten die Forscher für die Verarbeitung von Silizium auf einem Chip anstelle der üblichen Trockenätztechniken eine Nassätztechnik. Beim sogenannten metallunterstützten chemische Ätzen (MacEtch; metal-assisted-chemical etching) werde das Material unter einer Art Metallmaske chemisch weggeätzt. Die fertigen Nanosäulen beschossen sie anschließend mit Kohlenstoffionen und erzeugten so Photonenquellen in den Säulen. Pro Quadratmillimeter Chip leiten und bündeln tausende Silizium-Nanosäulen das Licht der Quellen, indem sie es vertikal durch die Säulen führen, heißt es. Laut HZDR lassen sich mit der neuen Ätztechnik auch Größe, Abstand und Flächendichte der Nanosäulen präzise steuern und kompatibel zu modernen photonischen Schaltkreisen einstellen.

Zur Originalpublikation im Journal of Applied Physics

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