​Эксперименты показали, что алмазная оболочка вдвое усиливает скорость излучения источников и позволяет управлять ими без дополнительных нано- и микроструктур. Этого удалось добиться с помощью искусственно созданных дефектов в алмазной кристаллической решетке. Полученные результаты важны для разработки квантовых компьютеров и оптических сетей. Работа опубликована в журнале Nanoscale (и поддержана грантом РНФ - прим. ред. сайта rscf.ru).

Одно из ключевых направлений современной нанофотоники — это создание активных диэлектрических наноантенн: управляемых источников фотонов. Такие наноантенны необходимы для разработки квантовых компьютеров, оптических сетей связи и систем визуализации. Для создания наноантенн сейчас активно используются плазмонные металлические наночастицы. Однако оптические потери и нагрев этих частиц побуждают исследователей искать альтернативные варианты. Например, в Университете ИТМО активно развивается направление диэлектрической нанофотоники: создаются наноантенны на основе перовскитов и кремния. Недавно ученые из Международной лаборатории нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО впервые в мире разработали концепцию активных диэлектрических наноантенн на основе наноалмазов.

Наноалмазы — это углеродные наноструктуры с уникальными свойствами. Они обладают достаточно высоким показателем преломления, высокой теплопроводностью и почти не взаимодействуют с другими веществами. В данной работе ученые использовали наноалмазы с так называемыми центрами азот-вакансия или NV-центрами. Их создают искусственно: при удалении атома углерода из кристаллической решетки алмаза, образовавшаяся вакансия связывается с внедренным атомом азота. Электронным спином такого дефекта легко управлять с помощью света, при помощи него можно записывать квантовую информацию.

Ученые изучили оптические свойства наноалмазов и обнаружили, что их излучение можно усилить, если спектр люминесценции NV-центра совместить с Ми резонансами алмазной наночастицы. Этого можно добиться при определенном положении NV-центра и соответствующем размере частицы. В таком случае можно увеличить фактор Парселла наноалмаза. Этот показатель позволяет оценить, как алмазная оболочка влияет на скорость спонтанного излучения источника. Если фактор Парселла растет, время затухания люминесценции сокращается, а интенсивность сигнала увеличивается, и считать информацию становится гораздо проще.

По словам ученых, особенность этой работы в том, что такого эффекта удалось добиться, используя только свойства самих наноалмазов. «Как правило, чтобы ускорить излучение, нужно создать сложную систему резонаторов. Но нам удалось добиться схожих результатов без каких-либо дополнительных структур. Мы экспериментально показали, что время затухания люминесценции можно сократить минимум вдвое, используя простую физику», — комментирует Дмитрий Зуев из Международной лаборатории нанофотоники и метаматериалов.

Стоит отметить, что эксперименты проводились на объектах с несколькими NV-центрами. Но исследователи также разработали теоретическую модель поведения источников одиночных фотонов в алмазной оболочке. Расчеты показали, что скорость их излучения может увеличиться в несколько десятков раз. «Сейчас получение одиночного фотона с одного NV-центра в такой наноантенне — довольно сложная задача. А чтобы внедрять активные наноантенны, например, в логические элементы, нужно научиться им управлять. В перспективе разработанная нами концепция позволит эффективно управлять излучением источников одиночных фотонов. Это очень важно для создания квантовых компьютеров и оптических коммуникационных сетей», — отмечает Анастасия Залогина, ведущий автор статьи, сотрудник Международной лаборатории нанофотоники и метаматериалов.

Источники

Наноалмаз превратили в управляемый источник света
Российский научный фонд (rscf.ru), 07/05/2018

Похожие новости

  • 29/03/2018

    Российские ученые создали терагерцовый источник излучения, разрушающий металл

    ​Российские ученые разработали уникальную установку, которая позволяет создавать электромагнитные поля в терагерцовом диапазоне с максимально возможной на сегодняшний день мощностью. С помощью этой установки ученые впервые разрушили тонкую пластину металла электрическим полем терагерцового импульса длительностью меньше одной пикосекунды (одной триллионной доли секунды).
    267
  • 03/05/2018

    Российские ученые создали фильтр, улавливающий самые малые наночастицы

    ​Российские химики создали мембрану из молекул обычной целлюлозы, которая пропускает через себя даже самые крупные молекулы жидкостей, но при этом удерживает мельчайшие наночастицы, говорится в статье, опубликованной в журнале Cellulose.
    203
  • 29/12/2017

    Топ-20 наиболее интересных разработок сибирских ученых в 2017 году

    На портале «Новости сибирской науки» можно познакомиться с инновациями и последними достижениями сибирских ученых. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию Топ-20  сообщений о наиболее значимых и интересных научных разработках 2017 года, размещенных на нашем портале.
    800
  • 31/12/2017

    Топ-10 исследований российских ученых 2017 года по версии РНФ

    Около 35 тысяч российских ученых проводили и проводят фундаментальные исследования при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Ежемесячно в российских и зарубежных СМИ выходят десятки новостей об их достижениях.
    1469
  • 03/05/2018

    Российские ученые научились добывать трудноизвлекаемую нефть

    Более 40% запасов нефти в России относятся к трудноизвлекаемым. Ученые из МИФИ предложили новый способ увеличения добычи для таких месторождений - экономичный и не наносящий вреда экологии. Нагрев под действием высокочастотного электрического тока приводит к растворению накопившихся в трубе скважины твердых отложений.
    233
  • 30/05/2018

    Добычу нефти повысят с помощью ноутбуков

    ​Найти нефть - большое искусство. Не меньшее - уметь ее правильно взять. Сами нефтяники говорят, что в ряде скважин из-за неправильной добычи может оставаться до половины, а то до 70 процентов имеющегося в пласте углеводород.
    153
  • 18/06/2018

    Сибирские ученые превратили сельхозотходы в уникальную наноцеллюлозу

    Сотрудники Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН) разработали новый дешевый способ получить важный для промышленности материал – бактериальную наноцеллюлозу.
    174
  • 23/07/2018

    Российские физики создали суперлюминесцентный световод для космических аппаратов

    Оптоволокно с добавкой висмута может стать мощным суперлюминесцентным источником излучения для инструментов и приборов, работающих в космосе.   Исследователи из Научного центра волоконной оптики (НЦВО) РАН и Института химии высокочистых веществ им.
    99
  • 07/05/2018

    Российские химики научились печатать на струйном принтере голограммы нового типа

    ​Российские химики впервые в мире научились печатать scratch holograms («нацарапанные голограммы»). Этот тип голограмм удобно считывать с любого ракурса. Создатели технологии предлагают наносить такие изображения на этикетку как уникальный код, подтверждающий подлинность изделия.
    204
  • 17/03/2017

    Сибирские физики создадут точнейшие атомные часы

    Ученые из Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и из Новосибирского государственного технического университета разработали сверхстабильный лазер для атомных часов, который позволит российским физикам создать устройства для измерения времени, не уступающие в точности западным аналогам, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physics: Conf.
    1326