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郑州华晶金刚石股份有限公司

第一个受控纳米金刚石光源

关键词 纳米金刚石 , 受控 , 光源|2018-05-09 09:35:24
摘要 俄罗斯ITMO大学和澳大利亚国立大学的物理学家开发出了第一款受控纳米金刚石光源。实验表明,金刚石外壳可以使光源的发射速度提高一倍,并且无需任何额外的纳米和微结构就可以控制它们。这个...

       俄罗斯ITMO大学和澳大利亚国立大学的物理学家开发出了第一款受控纳米金刚石光源。 实验表明,金刚石外壳可以使光源的发射速度提高一倍,并且无需任何额外的纳米和微结构就可以控制它们。这个结果是由于钻石晶格中的缺陷而实现的。研究成果对量子计算机和光网络的发展具有重要的意义。

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       现代纳米光子学的关键领域之一是设计有源电介质纳米天线或受控光子源。 作为纳米天线的基础,科学家通常使用等离子体金属纳米粒子。然而,这些粒子的光学损失和加热促使科学家寻找替代品。最近,ITMO大学纳米光子学和超材料国际实验室的成员开发了基于纳米金刚石的新型活性介电纳米天线的新概念。

       纳米金刚石是具有独特性质的碳纳米结构。 它们具有足够高的折射率,高热导率和低相互作用活性。 科学家们使用了所谓的氮空位中心(NV-中心)的纳米金刚石。 这些是通过从金刚石晶格中去除碳原子而人为地产生的。 然后打开的空位与植入的氮原子相连。 这些NV中心的电子自旋很容易被光控制,并且电子自旋可以用来记录量子信息。

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       ITMO大学的科学家研究了纳米金刚石的光学特性,发现它们的辐射可以通过将NV中心发光光谱与金刚石纳米颗粒的光学Mie共振相结合而得到增强。 这可以在NV中心的特定位置和合适的粒径下实现。 这样可以增加纳米金刚石的Purcell因子。 该指标用于估算金刚石外壳如何影响光源自发辐射的速率。如果Purcell因子增加,荧光衰减时间减少,而信号本身变得更强,更容易阅读。

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       研究人员强调,这种效应是通过使用纳米金刚石的性质来实现的。“通常,为了加速辐射,人们必须建立一个复杂的谐振器系统,但我们设法取得了类似的结果,没有任何附加结构。 我们通过实验证明,使用简单的物理方法,可以至少加速两倍的发光衰减,”国际纳米光子和超材料实验室的Dmitry Zuev说。

       事实上,尽管研究人员还为金刚石外壳中的单光子源的行为开发了一个理论模型,但对具有多个NV中心的纳米金刚石进行了实验。计算表明,发光速度可以提高几十倍。

       金刚石是自然界存在的特殊材料之一,具有最高的硬度、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、高绝缘、宽能隙、高的声传播速率以及良好的化学稳定性等,如下表。虽然天然金刚石具有这些独一无二的特性,但是它们一直仅仅是以宝石的形式存在,其性质的多变性和稀有性极大地限制了其应用。而洛阳誉芯金刚石制备的CVD金刚石膜将这些优异的物理化学性能集一身,且成本较天然金刚石低,能够制备各种几何形状,在电子、光学、机械等工业领域有广泛的应用前景。

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