Ein Forscherteam um Gregor Weihs hat eine Methode zur gezielten Steuerung von dunklen Exzitonen in Quantenpunkten entwickelt. Mit gechirpten Laserpulsen und einem Magnetfeld gelang es den Physikern, diese optisch inaktiven Quasiteilchen zu kontrollieren und ihre einzigartigen Eigenschaften für die Speicherung und Verarbeitung von Quantenzuständen nutzbar zu machen.
Exzitonen - gebundene Paare von Elektronen und Elektronenlöchern - sind Quasiteilchen, die in Festkörpern entstehen können. Während so genannte "helle" Exzitonen Licht emittieren und daher zugänglich sind, sind dunkle Exzitonen optisch inaktiv. Dadurch haben sie eine wesentlich längere Lebensdauer - was sie ideal für die Speicherung und Kontrolle von Quantenzuständen und für fortschrittliche Methoden zur Erzeugung von Verschränkung macht.
Gregor Weihs und sein Team vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck haben nun gemeinsam mit Forschern aus Dortmund, Bayreuth und Linz eine vielseitige Methode demonstriert, mit der sich dunkle Exzitonen in Halbleiter-Quantenpunkten kontrollieren lassen. "Mit gechirpten Laserpulsen und einem Magnetfeld können wir den Spin-Zustand dieser Exzitonen kontrolliert manipulieren und helle Exzitonen in dunkle umwandeln. Wir können diesen Prozess auch umkehren und dunkle Exzitonen wieder in helle verwandeln", erklären Florian Kappe und René Schwarz, Erstautoren der Studie. "Auf diese Weise lässt sich der Zustand über einen längeren Zeitraum im Dunkeln halten und später wieder aktivieren."
In dem Experiment an der Universität Innsbruck konnten die Forscher zeigen, wie ein Exziton in einem dunklen Zustand gespeichert und durch einen weiteren Laserpuls wieder in einen hellen Zustand umgewandelt wurde. "Das eröffnet neue Möglichkeiten für die Steuerung von Quantenspeichern und die Erzeugung von verschränkten Photonenpaaren in Quantenpunkten", sagt Gregor Weihs, Leiter der Forschungsgruppe.
Die Forschungsarbeit wurde kürzlich in Science Advances veröffentlicht und wurde unter anderem vom Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF, der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG und der Europäischen Union finanziell unterstützt.
Veröffentlichung: Keeping the photon in the dark: Enabling quantum dot dark state control by chirped pulses and magnetic fields. Florian Kappe, René Schwarz, Yusuf Karli, Thomas Bracht, Vollrath M. Axt, Armando Rastelli, Vikas Remesh, Doris E. Reiter, Gregor Weihs. Sci. Adv. 11, eadu4261 (2025) DOI: 10.1126/sciadv.adu4261
