На сегодняшний день активно используются манипуляции с единичными фотонами света, особенно в таких областях науки и техники, как квантовая криптография и коммуникации, квантовые вычисления и квантовое управление. Этот процесс узлучения света требует использования специальных наноматериалов, которые находятся про сверхнизких температурах. Однако европейские и японские ученые создали источник единичных фотонов на основе алмаза, работающий про комнатной температуре. Это сложное полупроводниковое устройство, которое по своей структуре напоминает светодиод.
В рамках исследования рассматривались особые дефекты, которые еще называют NV-центрами, или азотно-замещенными вакансиями в алмазе. Это класс так называемых точечных дефектов, состоящих из связанных (в квантовом смысле) дырки на месте одного из атомов углерода и атома азота. Алмазы с такими дефектами помещали на двухслойную подложку, состоящую из слоя чистого алмаза и слоя легированного бором и фосфором алмаза. В качестве положительного полупроводника выступал алмаз с примесью азота, который создавал так называемую азотную вакансию. Светоизлучающий полупроводниковый прибор состоит из алмазных полупроводников n-, p-типа и прослойки чистого алмаза, разделяющего электроды из сплава золота, платины и титана (Au/Pt/Ti). В обычных светодиодах после излучения фотона света происходит процесс рекомбинации электронов и дырок в полупроводниках различных типов. Этот процесс идет постоянно, поэтому светодиод излучает непрерывный поток света. В новом алмазном светодиоде только один фотон света излучается точно из местоположения азотной вакансии, которая имеет постоянное местоположение.
Благодаря такой сложной структуре этот полупроводниковый прибор оказался в состоянии излучать единичные фотоны света под воздействием проходящего через него электрического тока. Физический механизм излучения света весьма напоминает на механизм излучения света в обычных светодиодах (light-emitting diode, LED), но за счет деталей строения полупроводниковой структуры прибора и нетрадиционных использованных материалов весь этот светоизлучающий прибор признан прибором совершенно нового типа.
Данное изобретение имеет огромную важность в связи с тем, что новый прибор является первым в мире полупроводниковым прибором, способных излучать единичные фотоны света при комнатной температуре, в отличие от других источников света, которые обычно трубуют охлаждение до почти абсолютного нуля.
Сейчас же эта группа ученых работает над совершенствованием созданного прибора, используя нанопроводники, они собираются оптимизировать распределение тока внутри структуры, что должно приблизить характеристики алмазного светодиода к характеристикам светодиодов на квантовых точках.
<< Назад