Un gruppo di ricerca dell'Università ITMO ha sviluppato una sorgente di luce controllata basata sul nanodiamante. Gli esperimenti hanno dimostrato che il guscio di diamante raddoppia la velocità di emissione delle sorgenti luminose e aiuta a controllarle senza ulteriori nano e microstrutture. Ciò è stato ottenuto a causa di difetti creati artificialmente in un reticolo cristallino di diamante. I risultati ottenuti sono importanti per lo sviluppo di computer quantistici e reti ottiche. L'opera è pubblicata su Nanoscala .

Una delle aree chiave della moderna nanofotonica è la progettazione di nanoantenne dielettriche attive o sorgenti fotoniche controllate. Come base per le nanoantenne, gli scienziati di solito usano nanoparticelle metalliche plasmoniche. Però, la perdita ottica e il riscaldamento di queste particelle incoraggiano gli scienziati a cercare alternative. Per esempio, I ricercatori dell'Università ITMO hanno creato nanoantenne basate su perovskiti e silicio. Recentemente, i membri del Laboratorio Internazionale di Nanofotonica e Metamateriali dell'Università ITMO hanno sviluppato un nuovo concetto di nanoantenne dielettriche attive basate su nanodiamanti.

I nanodiamanti sono nanostrutture di carbonio con proprietà uniche. Hanno un indice di rifrazione sufficientemente alto, alta conducibilità termica e bassa attività di interazione. Gli scienziati hanno utilizzato nanodiamanti con i cosiddetti centri di vacanza dell'azoto (centri NV) creati artificialmente rimuovendo gli atomi di carbonio dal reticolo cristallino del diamante. I posti vacanti vengono quindi collegati agli atomi di azoto impiantati. Lo spin dell'elettrone di tali centri NV è facilmente controllato dalla luce, in modo che usando quello spin dell'elettrone, i ricercatori possono registrare informazioni quantistiche.

Gli scienziati dell'Università ITMO hanno studiato le proprietà ottiche dei nano-diamanti e hanno scoperto che la loro radiazione può essere migliorata combinando lo spettro di luminescenza del centro NV con le risonanze Mie ottiche delle nanoparticelle di diamante. Ciò può essere ottenuto in una certa posizione del centro NV e con la dimensione delle particelle appropriata. Ciò ha aumentato il fattore Purcell del nanodiamante. Questo indicatore viene utilizzato per stimare come un guscio di diamante influenzi la velocità di emissione spontanea della sorgente luminosa. Se il fattore di Purcell aumenta, il tempo di dissolvenza della luminescenza si riduce mentre il segnale stesso diventa più forte e molto più facile da leggere.

Gli scienziati sottolineano che questo effetto si ottiene utilizzando solo le proprietà dei nanodiamanti. "Generalmente, per accelerare la radiazione, bisogna creare un complesso sistema di risonatori. Ma siamo riusciti a ottenere risultati simili senza strutture aggiuntive. Abbiamo dimostrato sperimentalmente che la dissolvenza della luminescenza può essere accelerata almeno due volte, usando solo la fisica semplice, " afferma Dmitry Zuev del Laboratorio internazionale di nanofotonica e metamateriali.

Infatti, sono stati condotti esperimenti su nanodiamanti con più centri NV, anche se i ricercatori hanno anche sviluppato un modello teorico per il comportamento di sorgenti di singoli fotoni nel guscio di diamante. I calcoli hanno mostrato che la velocità di emissione della luce può essere aumentata di diverse dozzine di volte. "Oggi, ottenere un singolo fotone da un centro NV in una nanoantenna è un compito piuttosto difficile. Per implementare una tale nanoantenna attiva negli elementi logici, Per esempio, è necessario gestire la loro emissione. In prospettiva, il nostro concetto aiuterà a gestire efficacemente le sorgenti di emissione di singoli fotoni. È molto importante per lo sviluppo di computer quantistici e reti di comunicazione ottica, " nota Anastasia Zalogina, autore principale dell'articolo, membro del Laboratorio Internazionale di Nanofotonica e Metamateriali.