WIIKI.RU: Как извлечь фотоны из алмазного кольца

Физика - это область естествознания, наука. Она изучает самые общие и фундаментальные закономерности, которые определяют структуру и эволюцию материальн... читать далее »

Новости по Физике

11.02.2013 21:22

Как извлечь фотоны из алмазного кольца. Физика.

Андрей Фараон (Andrei Faraon) и его коллеги по Калифорнийскому технологическому институту, а также учёные из Hewlett Packard и Вашингтонского университета (все — США) впервые создали устройство, извлекающее фотоны из крохотного кусочка алмаза и затем посылающее их по волноводу в окружающий мир.

Все полученные таким образом фотоны не просто происходят из одной азотно-замещённой вакансии (точки в кристаллической решётке алмаза, где два атома углерода замещены на атом азота и пустое место), но и имеют строго одинаковую частоту.

И, согласно авторам работы, на этой основе можно построить успешные квантовые репитеры (повторители).

Алмазное кольцо (вверху) и волновод (внизу) с двумя дифракционными решётками по краям под сканирующим электронным микроскопом. (Здесь и ниже фото Andrei Faraon.)

Азотно-замещённые вакансии (АЗВ) полезны в квантовой электронике, в первую очередь потому, что их спины отлично изолированы от окружающей кристаллической решётки. А именно фотоны, не взаимодействующие с остальной кристаллической решёткой, характеризуются нулевой фононной линией и наиболее точно определённой частотой.

Вот только получить фотоны нулевой фононной линии тяжело, точнее, даже не получить, а извлечь из того самого заветного алмаза.

В основе новой интегрированной оптической системы, разработанной группой г-на Фараона, лежит кольцо из алмаза диаметром 4,5 мкм, содержащее азотно-замещённую вакансию. Кольцо расположено вплотную к волноводу длиной примерно в 10 мкм. Устройство охлаждается до 10 К, после чего кольцо сканируется зелёным лазером до тех пор, пока не будет обнаружена точка с АЗВ с резонансной частотой, близкой к частоте кольца. После этого в камеру с устройством впускают инертный газ, часть которого (из-за холода) конденсируется на кольце, изменяя его резонансную частоту; постепенно она подбирается такой, чтобы точно совпадала с частотой АЗВ.

Потом зелёный лазер генерирует, обстреливая АЗВ, фотоны нулевой фононной линии. Впоследствии они циркулируют по кольцу и прыгают в волновод, на конце которого расположена дифракционная решётка, рассеивающая такие фотоны во внешнюю среду, где их и наблюдают при помощи микроскопа, совмещённого со спектрометром и фотодетектором.

В итоге авторам установки удалось собрать в 25 раз больше фотонов нулевой фононной линии, чем в образцах алмаза, не интегрированных в такого рода устройство. Фактически, оно впервые позволило передавать фотоны, способные нести квантовую информацию, от АЗВ к волноводу. «Мы надеемся, что многочисленные устройства такого рода будут соединены в фотонную сеть на чипе», — сдержанно оптимистичен Андрей Фараон.

Чтобы сделать из своего устройства квантовые репитеры, исследователи трудятся сейчас над его версией с двумя взаимодействующими АЗВ, фотоны которых будут находиться состоянии квантовой запутанности.

Источник