Un groupe de recherche de l'Université ITMO a développé une source lumineuse contrôlée à base de nanodiamant. Des expériences ont montré que la coque en diamant double la vitesse d'émission des sources lumineuses et aide à les contrôler sans nano- et microstructures supplémentaires. Ceci a été obtenu grâce à des défauts créés artificiellement dans un réseau cristallin de diamant. Les résultats obtenus sont importants pour le développement des ordinateurs quantiques et des réseaux optiques. L'ouvrage est publié dans le Nanoéchelle .

L'un des domaines clés de la nanophotonique moderne est la conception de nanoantennes diélectriques actives ou de sources photoniques contrôlées. Comme base pour les nanoantennes, les scientifiques utilisent généralement des nanoparticules métalliques plasmoniques. Cependant, la perte optique et l'échauffement de ces particules incitent les scientifiques à rechercher des alternatives. Par exemple, Des chercheurs de l'Université ITMO ont créé des nanoantennes à base de pérovskites et de silicium. Récemment, Les membres du Laboratoire international de nanophotonique et de métamatériaux de l'Université ITMO ont développé un nouveau concept de nanoantennes diélectriques actives à base de nanodiamants.

Les nanodiamants sont des nanostructures de carbone aux propriétés uniques. Ils ont un indice de réfraction suffisamment élevé, conductivité thermique élevée et faible activité d'interaction. Les scientifiques ont utilisé des nanodiamants avec ce que l'on appelle des centres de lacunes d'azote (centres NV) créés artificiellement en éliminant les atomes de carbone du réseau cristallin du diamant. Les lacunes ouvertes sont alors liées aux atomes d'azote implantés. Le spin électronique de ces centres NV est facilement contrôlé par la lumière, de sorte qu'en utilisant ce spin électronique, les chercheurs peuvent enregistrer des informations quantiques.

Des scientifiques de l'Université ITMO ont étudié les propriétés optiques des nano-diamants et ont découvert que leur rayonnement peut être amélioré en combinant le spectre de luminescence du centre NV avec les résonances optiques de Mie des nanoparticules de diamant. Ceci peut être réalisé à une certaine position du centre NV et avec la taille de particule appropriée. Cela a augmenté le facteur de Purcell nanodiamant. Cet indicateur est utilisé pour estimer comment une coquille de diamant affecte le taux d'émission spontanée de la source lumineuse. Si le facteur de Purcell augmente, le temps d'évanouissement de la luminescence diminue tandis que le signal lui-même devient plus fort et beaucoup plus facile à lire.

Les scientifiques soulignent que cet effet est obtenu en utilisant uniquement les propriétés des nanodiamants. "D'habitude, accélérer le rayonnement, il faut créer un système complexe de résonateurs. Mais nous avons réussi à obtenir des résultats similaires sans aucune structure supplémentaire. Nous avons montré expérimentalement que l'évanouissement de la luminescence peut être accéléré au moins deux fois, en utilisant juste une physique simple, " déclare Dmitry Zuev du Laboratoire international de nanophotonique et de métamatériaux.

En réalité, des expériences ont été menées sur des nanodiamants avec de multiples centres NV, même si les chercheurs ont également développé un modèle théorique du comportement des sources de photons uniques dans la coquille de diamant. Les calculs ont montré que la vitesse d'émission de la lumière peut être augmentée de plusieurs dizaines de fois. "Aujourd'hui, obtenir un seul photon d'un centre NV dans une nanoantenne est une tâche assez difficile. Afin de mettre en oeuvre une telle nanoantenne active dans des éléments logiques, par exemple, vous devez gérer leur émission. En perspective, notre concept aidera à gérer efficacement les sources d'émission de photons uniques. Il est très important pour le développement des ordinateurs quantiques et des réseaux de communication optiques, " note Anastasia Zalogina, auteur principal de l'article, membre du Laboratoire international de nanophotonique et métamatériaux.