俄羅斯ITMO大學(xué)和澳大利亞國(guó)立大學(xué)的物理學(xué)家開(kāi)發(fā)出了第一款受控納米金剛石光源。 實(shí)驗(yàn)表明，金剛石外殼可以使光源的發(fā)射速度提高一倍，并且無(wú)需任何額外的納米和微結(jié)構(gòu)就可以控制它們。這個(gè)結(jié)果是由于鉆石晶格中的缺陷而實(shí)現(xiàn)的。研究成果對(duì)量子計(jì)算機(jī)和光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有重要的意義。

       現(xiàn)代納米光子學(xué)的關(guān)鍵領(lǐng)域之一是設(shè)計(jì)有源電介質(zhì)納米天線或受控光子源。 作為納米天線的基礎(chǔ)，科學(xué)家通常使用等離子體金屬納米粒子。然而，這些粒子的光學(xué)損失和加熱促使科學(xué)家尋找替代品。最近，ITMO大學(xué)納米光子學(xué)和超材料國(guó)際實(shí)驗(yàn)室的成員開(kāi)發(fā)了基于納米金剛石的新型活性介電納米天線的新概念。

       納米金剛石是具有獨(dú)特性質(zhì)的碳納米結(jié)構(gòu)。 它們具有足夠高的折射率，高熱導(dǎo)率和低相互作用活性。 科學(xué)家們使用了所謂的氮空位中心（NV-中心）的納米金剛石。 這些是通過(guò)從金剛石晶格中去除碳原子而人為地產(chǎn)生的。 然后打開(kāi)的空位與植入的氮原子相連。 這些NV中心的電子自旋很容易被光控制，并且電子自旋可以用來(lái)記錄量子信息。

       ITMO大學(xué)的科學(xué)家研究了納米金剛石的光學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)它們的輻射可以通過(guò)將NV中心發(fā)光光譜與金剛石納米顆粒的光學(xué)Mie共振相結(jié)合而得到增強(qiáng)。 這可以在NV中心的特定位置和合適的粒徑下實(shí)現(xiàn)。 這樣可以增加納米金剛石的Purcell因子。 該指標(biāo)用于估算金剛石外殼如何影響光源自發(fā)輻射的速率。如果Purcell因子增加，熒光衰減時(shí)間減少，而信號(hào)本身變得更強(qiáng)，更容易閱讀。

       研究人員強(qiáng)調(diào)，這種效應(yīng)是通過(guò)使用納米金剛石的性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的?！巴ǔ?，為了加速輻射，人們必須建立一個(gè)復(fù)雜的諧振器系統(tǒng)，但我們?cè)O(shè)法取得了類似的結(jié)果，沒(méi)有任何附加結(jié)構(gòu)。 我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，使用簡(jiǎn)單的物理方法，可以至少加速兩倍的發(fā)光衰減，”國(guó)際納米光子和超材料實(shí)驗(yàn)室的Dmitry Zuev說(shuō)。

       事實(shí)上，盡管研究人員還為金剛石外殼中的單光子源的行為開(kāi)發(fā)了一個(gè)理論模型，但對(duì)具有多個(gè)NV中心的納米金剛石進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。計(jì)算表明，發(fā)光速度可以提高幾十倍。

       金剛石是自然界存在的特殊材料之一，具有最高的硬度、低摩擦系數(shù)、高彈性模量、高熱導(dǎo)、高絕緣、寬能隙、高的聲傳播速率以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性等，如下表。雖然天然金剛石具有這些獨(dú)一無(wú)二的特性，但是它們一直僅僅是以寶石的形式存在，其性質(zhì)的多變性和稀有性極大地限制了其應(yīng)用。而洛陽(yáng)譽(yù)芯金剛石制備的CVD金剛石膜將這些優(yōu)異的物理化學(xué)性能集一身，且成本較天然金剛石低，能夠制備各種幾何形狀，在電子、光學(xué)、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。