Атомная замена водорода сделала кремний почти идеальным источником одиночных фотонов

Незначительное изменение на атомном уровне может превратить кремний в почти идеальный источник одиночных фотонов. К такому выводу пришли исследователи, показавшие, что замена обычного водорода на его более тяжёлый изотоп внутри кристалла кремния значительно повышает эффективность излучения света на квантовом уровне.

Работа ставит под сомнение распространённое мнение о том, что кремний плохо подходит для создания квантовых источников света. Материал, лежащий в основе современной микроэлектроники, потенциально способен стать и фундаментом для будущих квантовых сетей.

В центре открытия — так называемый T-центр, микроскопический дефект кристаллической решётки кремния. Такие дефекты возникают из-за небольших нарушений в расположении атомов. T-центр способен длительное время сохранять квантовое состояние и излучать свет в телекоммуникационном диапазоне, используемом в оптоволоконной связи.

Однако у него есть существенный недостаток: в структуру входит атом водорода, который может перемещаться внутри кристалла, снижая стабильность дефекта при массовом производстве. Кроме того, T-центр не всегда испускает фотон — часть энергии он теряет в виде колебаний решётки. Этот процесс называется безызлучательным распадом и уменьшает эффективность генерации света.

Учёные из Университета Саймона Фрейзера, компании Photonic Inc. и Научно-исследовательской лаборатории ВМС США предложили простое решение: заменить протий (самый распространённый изотоп водорода) на более тяжёлый дейтерий. Поскольку изотопы отличаются массой, они по-разному влияют на колебания кристаллической решётки и оптические переходы в T-центре.

Эксперименты показали, что время жизни T-центра с дейтерием практически совпадает с теоретическим пределом — то есть энергия почти полностью уходит на излучение фотона, а не рассеивается в виде тепла. Это делает такой центр чрезвычайно эффективным источником одиночных фотонов.

Результаты работы, опубликованной в журнале Physical Review Letters, открывают перспективы создания более ярких и стабильных квантовых источников света. В будущем это может ускорить развитие квантовых сетей, квантовых накопителей, преобразователей сигналов и технологий соединения квантовых процессоров на основе T-центров.

С уважением, ООО "Компания "База Электроники"

Вернуться на главную