Figure 1. Le spectre d'émission non linéaire du cristal de diamant avec des centres NV (diamant NV) excité avec un laser IR (1350 nm). SHG et THG sont générés simultanément à 675 nm et 450 nm, respectivement. Une photographie en médaillon a été prise lors de l'émission non linéaire (SHG et THG) du diamant NV. Crédit :Université de Tsukuba
Des chercheurs du Département de physique appliquée de l'Université de Tsukuba ont démontré des effets optiques non linéaires de second ordre dans les diamants en tirant parti des défauts internes du centre de couleur qui brisent la symétrie d'inversion du cristal de diamant. Cette recherche peut conduire à des communications Internet plus rapides, ordinateurs tout optique, et même ouvrir la voie aux technologies de détection quantique de nouvelle génération.
La technologie de fibre optique actuelle utilise des impulsions lumineuses pour transférer des données à large bande passante qui vous permettent de vérifier votre courrier électronique, regarde des vidéos, et tout le reste sur Internet. Le principal inconvénient est que les impulsions lumineuses interagissent à peine les unes avec les autres, les informations doivent donc être converties en signaux électriques pour permettre à votre ordinateur de les gérer. Un système "tout optique" avec un traitement logique basé sur la lumière serait beaucoup plus rapide et plus efficace. Cela nécessiterait de nouvelles, facile à fabriquer des matériaux optiques non linéaires qui peuvent médier la combinaison ou la division des photons.
Maintenant, une équipe de chercheurs de l'Université de Tsukuba a montré que les diamants synthétiques peuvent présenter une réponse non linéaire de second ordre. Précédemment, les scientifiques pensaient que la nature symétrique d'inversion du réseau cristallin de diamant ne pouvait que supporter des effets optiques non linéaires d'ordre impair, qui dépendent de l'amplitude du champ électrique élevé à la puissance trois, cinq, etc. Mais l'équipe a montré que les diamants peuvent supporter des effets optiques non linéaires de second ordre lorsque des centres de couleur, appelés centres de manque d'azote (NV), sont introduits. Dans ces cas, deux atomes de carbone adjacents dans le réseau rigide du diamant sont remplacés par un atome d'azote et une lacune. Cela brise la symétrie d'inversion et permet aux processus non linéaires d'ordre pair de se produire, qui incluent des résultats plus utiles qui évoluent au carré du champ électrique. "Notre travail nous permet de produire de puissants effets optiques non linéaires du second ordre, tels que la génération de deuxième harmonique et l'effet électro-optique, en diamants en vrac, ", déclare l'auteur principal, le professeur Muneaki Hase.
L'équipe a utilisé des diamants monocristallins déposés en phase vapeur (de Element Six), avec des ions d'azote supplémentaires implantés pour encourager la formation de centres NV. Le spectre d'émission qu'ils ont observé lorsque les diamants ont été excités avec une lumière à 1350 nm a montré des pics harmoniques clairs de deuxième et troisième ordre (Figure 1). Ces observations représentent la fusion de deux ou trois photons, respectivement, en un seul photon d'énergie supérieure. « En plus des nouveaux appareils photoniques, l'effet optique non linéaire de second ordre par les centres NV dans les diamants pourrait être utilisé comme base de la détection quantique des champs électromagnétiques, " dit le premier auteur, le Dr Aizitiaili Abulikemu. Parce que les diamants sont déjà utilisés dans des applications industrielles, ils présentent l'avantage d'être relativement facilement applicables à des usages optiques.
