基于納米金剛石的可控光源
圣彼得堡國立信息技術(shù)機械與光學(xué)大學(xué)的一個研究小組開發(fā)了一種基于納米金剛石的可控光源。實驗表明,金剛石外殼使光源的發(fā)射速度增加一倍,并且在沒有任何額外的納米和微結(jié)構(gòu)的情況下有助于控制光源。這是由于人造鉆石晶格中的缺陷而實現(xiàn)的。獲得的結(jié)果對于量子計算機和光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展非常重要。這項工作發(fā)表在Nanoscale上(“Purcell effect in active diamond nanoantennas”)。 現(xiàn)代納米光子學(xué)的關(guān)鍵領(lǐng)域之一是設(shè)計有源電介質(zhì)納米天線或可控光子源。作為納米天線的基礎(chǔ),科學(xué)家通常使用等離子體金屬納米粒子。然而,這些粒子的光學(xué)損耗和熱效應(yīng)促使科學(xué)家尋找替代品。例如,圣彼得堡國立信息技術(shù)機械與光學(xué)大學(xué)的研究人員積極開發(fā)電介質(zhì)納米光子:他們創(chuàng)造基于鈣鈦礦和硅的納米天線。最近,圣彼得堡國立信息技術(shù)機械與光學(xué)大學(xué)納米光子學(xué)和超材料國際實驗室的成員開發(fā)了一種基于納米金剛石的新型有源介電納米天線的新概念。 有源納米金剛石天線的方案。(圖片來源:圣彼得堡國立信息技術(shù)機械與光學(xué)大學(xué)) 納米金剛石是具有獨特性質(zhì)的碳納米結(jié)構(gòu)。它們具有足夠高的折射率,高導(dǎo)熱率和低相互作用?茖W(xué)家們使用納米金剛石與所謂的氮-空位中心(NV-中心)。它們是通過從金剛石晶格中去除碳原子而人為地產(chǎn)生的。然后將空位與植入的氮原子連接。這種NV-中心的電子自旋很容易被光控制,所以利用電子自旋可以記錄量子信息。 來自圣彼得堡國立信息技術(shù)機械與光學(xué)大學(xué)的科學(xué)家們研究了納米金剛石的光學(xué)性質(zhì),發(fā)現(xiàn)納米金剛石的輻射可以通過將NV中心發(fā)光光譜與金剛石納米粒子的光學(xué)米共振相結(jié)合而得到增強。這種增強可以在NV中心的特定位置和適當(dāng)大小的粒子下實現(xiàn)。這樣可以增加納米金剛石普塞爾因子。該指標(biāo)用于估算金剛石外殼如何影響光源自發(fā)輻射的速率。如果普塞爾因子增加,發(fā)光的衰減時間就會減少,而信號本身會變得更強并且更容易讀取。 科學(xué)家們強調(diào),這種效應(yīng)是通過僅使用納米金剛石的特性來實現(xiàn)的!巴ǔ,為了加速輻射,人們必須建立一個復(fù)雜的諧振系統(tǒng),但我們在沒有任何附加結(jié)構(gòu)的情況下,設(shè)法取得了類似的結(jié)果。我們通過實驗證明,只需簡單的物理原理,發(fā)光衰減至少可以加速兩倍。”納米光子和超材料國際實驗室的Dmitry Zuev說。 事實上,對具有多個NV中心的納米金剛石進行了實驗。盡管研究人員還為鉆石殼中單光子源的行為建立了理論模型。計算結(jié)果表明,光發(fā)射速度可以提高幾十倍。 |