​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

  • 29/12/2017

    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.
    665
  • 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.
    1124
  • 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).
    152
  • 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.
    104
  • 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.
    104
  • 20/05/2017

    Интерактивная выставка в ГПНТБ СО РАН открыла Дни науки

    ​Выставка, где экспонаты можно и даже нужно трогать руками - мечта любого школьника. Когда наука становится интересной, тогда и учиться не лень. Поэтому на интерактивной выставке в ГПНТБ СО РАН внимание молодежи приковано именно к стендам образовательных организаций.
    678
  • 05/05/2018

    Российские химики нарушили симметрию ради создания противогрибковых препаратов

     Российские ученые разработали новое соединение, ускоряющее химические реакции, которое можно использовать для синтеза лекарств. Благодаря несимметричной структуре оно позволяет соединять в единую систему две молекулы, точно контролируя их расположение в пространстве.
    92
  • 16/02/2018

    В томском НИИ кардиологии впервые в России имплантированы дефибрилляторы нового поколения для лечения сердечной недостаточности

    ​Впервые в России в НИИ кардиологии Томского НИМЦ РАН пациентам с сердечной недостаточностью имплантированы устройства для сердечной ресинхронизирующей терапии нового поколения Viva Quad XT CRTD, разработанные компанией Medtronic.
    267
  • 28/03/2018

    Российские химики раскрыли механизм важнейшей для промышленности реакции

    ​Механизм важнейшей окислительной реакции Байера-Виллигера, известной больше ста лет, раскрыт международной группой ученых. Реакция является универсальным путем получения эфиров органических кислот - базовых соединений для химической промышленности.
    153
  • 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.
    91