Un groupe a théoriquement résolu comment le communication entre deux points quantiques peut être influencé par la lumière. L'équipe montre des moyens de contrôler le transfert d'informations ou énergie d'un point quantique à un autre. Pour ce faire, les chercheurs ont calculé la structure électronique de deux points quantiques ou nanocristaux qui agissent comme des points quantiques. Les résultats peuvent être utilisés pour simuler en temps réel le mouvement des électrons dans des points quantiques. Les points dits quantiques constituent une nouvelle classe de matériaux ayant de nombreuses applications. Ils sont obtenus à partir de minuscules cristaux semi-conducteurs dont les dimensions sont de l’ordre du nanomètre. Les propriétés optiques et électriques peuvent être contrôlées par la taille de ces cristaux dans les dernières générations de téléviseurs à écran plat du marché, où ils assurent une reproduction des couleurs particulièrement lumineuse et haute résolution. Cependant, les points quantiques ne sont pas seulement utilisés comme colorants, mais également dans les cellules solaires ou comme composants semi-conducteurs. De plus, ils sont utilisés jusqu’aux composants informatiques appelés qubits d’un ordinateur quantique.
Aujourd’hui, une équipe dirigée par le Dr Annika Bande du HZB a élargi la compréhension de l’interaction entre différents points quantiques par une perspective atomistique dans une publication théorique. Annika Bande dirige le groupe de théorie de la dynamique électronique et de spectroscopie au HZB et s'intéresse aux origines des phénomènes physiques quantiques. Bien que les points quantiques soient des nanocristaux extrêmement petits, ils sont constitués de milliers d’atomes et de multiples d’électrons. La chimiste théorique, qui a récemment terminé son doctorat à la Freie Universität, souligne que la structure électronique d'un tel cristal semi-conducteur peut difficilement être calculée avec des superordinateurs. Cependant, les méthodes développées décrivent à peine le problème. Dans ce cas, nous travaillons avec des versions réduites de boîtes quantiques d’une centaine d’atomes seulement qui possèdent les propriétés caractéristiques de vrais nanocristaux.
Grâce à cette approche, après un an et demi de développement et en collaboration avec le professeur Jean Christophe Tremblay du CNRS-Université de Lorraine à Metz, ils ont pu simuler l'interaction de deux points quantiques constitués chacun de centaines d'atomes. Concrètement, nous avons étudié comment ces deux points quantiques peuvent absorber, échanger et stocker en permanence l’énergie contrôlée par la lumière. Une première impulsion lumineuse est utilisée pour l'excitation, tandis que la seconde impulsion lumineuse induit le stockage. Les chercheurs ont examiné trois paires différentes de points quantiques pour capturer l’influence de la taille et de la géométrie. De plus, ils ont calculé la structure électronique avec la plus grande précision et simulé le mouvement électronique en temps réel avec une résolution de femtosecondes (10-15 s).