Radiación de Terahercios interaccionando con electrones en semiconductores: caminos hacia tecnologías cuánticas emergentes

Electrónica: Una Historia con éxito de Electrones "Bailando" con Campos Electromagnéticos La electrónica ha sido durante mucho tiempo un testimonio de la fascinante interacción entre los electrones y los campos electromagnéticos. Desde la invención del primer tubo de vacío hasta los osciladores THz más avanzados, estos dos entes han sido estudiadas como cantidades independientes pero interactuantes. Sin embargo, ahora está bien establecido que surge un nuevo tipo de interacción cuando los electrones ("materia") y los campos electromagnéticos ("luz") comparten el mismo espacio a lo largo del tiempo. Este fenómeno subyace a la electrodinámica cuántica de cavidades, que ocurre cuando los electrones están confinados dentro de una cavidad de "materia" (o un pozo cuántico) y la radiación THz está confinada dentro de una cavidad "óptica" (o una cavidad resonante THz). En la electrodinámica cuántica de cavidades (CQED), comúnmente referida como el régimen de acoplamiento fuerte luz-materia, la luz y la materia ya no pueden ser tratadas como entidades independientes. En cambio, se combinan para formar una entidad física unificada conocida como polaritón. En los últimos años, la CQED ha obtenido una atención significativa y ya se está implementando en varias plataformas. Por ejemplo, Google está avanzando en la computación cuántica utilizando superconductores impulsados por señales de GHz. El objetivo principal de este proyecto es investigar los efectos polaritónicos en dispositivos electrónicos semiconductores, específicamente en heteroestructuras de pozos cuánticos, a frecuencias THz y a temperatura ambiente. Aunque existen resultados teóricos y experimentales sobre polaritones en estas plataformas, queda mucho por explorar para llevar estos hallazgos a la electrónica práctica y comercial. Aunque la comunidad de óptica cuántica ha desarrollado una comprensión robusta de la fenomenología de la CQED, **la comunidad electrónica ha pasado por alto en gran medida este fenómeno**. Hasta donde sabemos, esta propuesta es una de las primeras en estudiar la CQED desde una perspectiva puramente de dispositivos electrónicos. Argumentamos que este fenómeno emergente tiene el potencial de revolucionar la electrónica al unir naturalmente la electrónica y la fotónica. Además, ofrece una nueva plataforma compatible con las técnicas tradicionales de fabricación electrónica para avanzar en las tecnologías cuánticas. Nuestro proyecto se estructura en torno a tres objetivos específicos: 1. **Modelar cavidades de materia** para modelar dispositivos semiconductores polaritónicos, con un enfoque en el transporte cuántico de electrones en heteroestructuras acoplados con la luz. 2. **Diseñar cavidades ópticas** a frecuencias THz para dispositivos semiconductores polaritónicos. Esto incluye abordar aspectos prácticos de la radiación THz (con o sin fenómenos polaritónicos), como la transferencia de energía inalámbrica y las respuestas optomecánicas. 3. **Proponer diseños novedosos** para dispositivos semiconductores polaritónicos, incluidos emisores THz, detectores y tecnologías cuánticas compatibles con plataformas electrónicas tradicionales. Así pues, este proyecto tiene como objetivo desbloquear el potencial de los fenómenos polaritónicos para sostener y transformar la electrónica bien entrado el siglo XXI. Nuestros esfuerzos permitirán que los electrones y los campos electromagnéticos continúen "bailando" juntos para aplicaciones novedosas.