15.04.2012

Физики превратили алмаз в светодиод, испускающий одиночные фотоны

Японские и европейские физики разработали светодиод на базе кристалла алмаза, который способен излучать одиночные фотоны при комнатной температуре и легко поддается миниатюризации, что позволит использовать подобные устройства в будущих квантовых компьютерах, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics.

Надежные источники одиночных фотонов считаются одним из важнейших компонентов квантовых вычислительных устройств. Такие устройства необходимы для передачи информации между отдельными узлами квантового компьютера, без чего их промышленное применение будет невозможным. Как правило, большинство существующих разработок такого рода работает лишь при температурах, близких к абсолютному нулю, что сильно ограничивает сферу их применения.

Группа физиков под руководством Норикадзу Мидзуоти (Norikazu Mizuochi) из университета Осаки (Япония), изучая свойства микрокристаллов алмазов с включениями в виде отдельных атомов азота, создала излучатель, работающий при комнатной температуре.

Мидзуоти и его коллеги изучили физические свойства алмаза с одним подобным дефектом при помощи компьютерной модели и пришли к выводу, что такой кристалл можно использовать в качестве ключевого компонента излучателя из нескольких слоев алмаза.

Руководствуясь теоретическими выкладками, ученые собрали экспериментальный излучатель, представлявший собой "бутерброд" из трех разных типов алмазов.

Нижний слой состоял из алмазной пластинки, которую физики превратили в полупроводник при помощи множества атомов бора и фосфора, вставленных в кристаллическую решетку. Поверх него укладывался слой из чистейшего алмаза с минимальным числом химических дефектов, а на вершине этой конструкции физики размещали небольшие кристаллы алмазов с единичными вставками в виде атомов азота.

К верхней и нижней половине алмазного диода ученые подключили многослойные электроды из пластинок золота, платины и титана и проверили его работу, подключив к источнику питания. Эксперимент показал, что на пластинке образовалось множество единичных источников света, которые располагались в точках, куда были вставлены атомы азота.

В этом случае источником излучения служила так называемая квантовая электролюминесценция - свечение атомов под действием электрического поля или тока. По словам исследователей, такой эффект ранее не наблюдался при комнатной температуре.

По расчетам физиков, их устройство способно вырабатывать примерно 40 тысяч фотонов в секунду. Показатель может быть улучшен, если простые электроды будут заменены тонкими нановолокнами, что повысит производительность до 10 миллионов частиц в секунду.

Как считают Мидзуоти и его коллеги, подобные светодиоды можно использовать в лабораторных исследованиях квантовых компьютеров, а в перспективе и в промышленных версиях этих устройств.

Источники:

1. РИА Новости