Une étude, dont les résultats intitulés «Electrical Initialization of Electron and Nuclear Spins in a Single Quantum Dot at Zero Magnetic Field» ont été publiés dans la revue Nano Letters, a permis de démontrer l’émission de lumière polarisée circulaire à partir d’une seule boîte quantique sans champ magnétique extérieur.

Rappelons tout d'abord qu'au cours de la dernière décennie, «un intérêt et un effort de recherche continu ont été consacrés à l’étude de dispositifs émettant de la lumière polarisée, tels les 'Spin-Light Emitting Diodes (Spin-LED)'». Ce genre de dispositif offre «la possibilité de propager l’information contenue dans un bit magnétique sur de longues distances et à grande vitesse», en convertissant le spin 'haut' ou 'bas' des électrons «en photons polarisés circulairement à droite ou circulairement à gauche, émis par la diode».

Dans ce contexte, l'étude ici présentée vient «de démontrer l’émission de lumière polarisée circulairement à partir d’une boîte quantique unique, sans appliquer de champ magnétique extérieur». Comme «un degré de polarisation circulaire de la lumière émise pouvant atteindre 35% est obtenu, ce qui est un record», cela veut dire approximativement «que sur 100 photons émis, 67 vont être polarisés circulairement à droite et 33 vont être polarisés circulairement à gauche».

Ces photons ayant «été émis par recombinaison d’électrons possédant respectivement des spins -1/2 et +1/2», l'information portée par le spin de l’électron «est ainsi convertie en information contenue dans la polarisation des photons». Pour obtenir ce résultat, on combine «une électrode CoFeB ultra-mince (cette couche magnétique oriente le spin des électrons) avec des boîtes quantiques InGaAs de type p (avec un trou résident) pour la partie LED, l’émission d’un photon se produisant lors de la recombinaison d’un électron avec un trou». Ceci démontre «la faisabilité de l’initialisation par voie électrique du spin d’un électron confiné dans boîte quantique unique sans champ magnétique externe».

En outre, «un décalage Overhauser (différence d’énergie entre les raies d’émission de la LED polarisées circulaires à droite et à gauche) de plusieurs micro électronvolts à champ magnétique nul» a été mesuré. Comme «ce décalage change de signe lorsque l’orientation des spins électroniques injectés est inversée», cela démontre «que le spin des électrons est transféré aux spins des noyaux des atomes constituant la boîte quantique». En conséquence, il est possible «d’initialiser par voie électrique les spins des noyaux (en plus du spin de l’électron confiné) dans une boite quantique unique sans champ magnétique externe».

Au bout du compte, ces travaux ouvrent «des perspectives dans le domaine de l’information quantique, où une telle boîte quantique constituerait un nouveau support de stockage».