• giunzioni planari
• SAW
• sorgente a singolo fotone
• trasporto acustoelettrico

La condivisione di informazioni riservate tramite canali di comunicazioni sicuri costituisce da sempre un tema di grande interesse che ha spinto negli anni ad ideare protocolli di crittografia sempre più sofisticati. Nessuno dei sistemi finori proposti garantisce tuttavia l'assoluta sicurezza delle informazioni scambiate. È oggi, pertanto, oggetto di intenso studio la possibilità di implementare algoritmi di comunicazione intrinsecamente sicuri basati sul trasferimento di informazione tramite quanti, piuttosto che tramite pacchetti classici. Il significato quantistico di misura garantisce che un eventuale intercettatore lascerebbe inevitabilmente una traccia della sua attività e la sua presenza potrebbe facilmente essere rivelata. Tra le possibili realizzazioni di un protocollo di questo tipo vi è quella basata sulla trasmissione di stati di polarizzazione di singolo fotone. Ad oggi, tuttavia, non esiste ancora una sorgente di singolo fotone sufficientemente efficiente e compatibile con protocolli di fabbricazione su larga scala.

La mia tesi si sviluppa nell'ambito di un progetto di ricerca europeo (SECOQC) che mira alla realizzazione di una sorgente di singoli fotoni basata sul trasferimento controllato di singoli elettroni tramite onde acustiche di superficie (SAW) da una regione di tipo n ad una regione di tipo p di un'eterostruttura di GaAs/AlGaAs separate da una regione intrinseca. In quest'ultima verrà realizzata una punta di contatto in grado di controllare il trasporto di carica indotto dalla SAW tra la regione n e la regione p fino al limite del singolo elettrone.

La maggior difficoltà ancora da risolvere per la realizzazione di una sorgente di singoli fotoni come quella sopra descritta consiste nella realizzazione di una giunzione n-i-p planare compatibile col trasporto di carica mediato da SAW: alle due interfacce delle giunzioni n-i e i-p si vengono a creare due barriere di potenziale che, per via della loro altezza (circa metà del gap del GaAs), rendono impossibile il trasporto indotto da SAW.

Il lavoro da me svolto presso il laboratorio del NEST-SNS si inserisce in questo contesto: ho progettato e realizzato un opportuno schema di iniezione di carica attraverso una giunzione n-i all'interno di un'eterostruttura GaAs/AlGaAs che permetta alla SAW di trasportare elettroni fino ad una regione di raccolta attraverso una regione intrinseca di diverse decine di μm di lunghezza, compatibile quindi con la fabbricazione di una punta di contatto.
Il funzionamento di questo schema si basa sul fatto, osservato e dimostrato per la prima volta durante il mio lavoro di tesi, che la SAW è in grado di estrarre elettroni da una corrente che attraversa una regione di tipo i e di trasportarli per una distanza macroscopica fino ad un contatto di raccolta.
Questo fenomeno è di notevole interesse nell’ambito del progetto SECOQC in quanto permette l’iniezione di carica attraverso una giunzione n-i compatibile con trasporto mediato da SAW e potrà essere quindi implementato per la fabbricazione della sorgente di singoli fotoni descritta sopra.