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日科学家研发伞状纳米金刚石增强光子收集效率

阅读量 : 525        日期 : 2016-3-19

日本科学家近日在研究柱状纳米金刚石结构的发冷光增强实验中发现,底部装配金属反射镜的伞状纳米金刚石结构是一种更为高效的光子“收集器”,其光子收集效果比其它形状结构的收集效果要高出许多。东京技术研究所的工作人员将纳米金刚石结构“扭”成伞状,实验发现其荧光强度比块状金刚石荧光强度高出四到五倍左右。

 

  研究人员在带孔金属掩膜上采用自下而上的制备技术实现伞状纳米金刚石结构的有选择性、各向异性生长。金属掩膜充当反射镜,对金刚石结构呈自对准。
 
 
  Mutsuko Hatano教授介绍到:我们制备的伞状纳米结构和浸没透镜的原理类似,减少了金刚石结构上部表面的全反射,将发射光线积聚在结构的顶部位置。而自对准镜面则把光线反射至纳米结构的下部表面,从而进一步增强了光线收集的效率。
 
  该研究的意义在于通过改善氮空位(NV)中心的光子收集效率就可以增强伞状纳米金刚石结构的荧光强度。NV中心是金刚石结构的一种点缺陷,在此却成就了光致发光的特性。
 
  NV中心拥有光学初始化、自旋态检测、稳定且强烈的荧光性以及室温下较长的相干时间等特性,可用于下一代自旋基量子设备,如磁力仪、量子计算机和生物观测等。单个NV中心其实就是量子计算机的一个基本单元。
 
  增强荧光强度是改善NV中心光子收集效率的一个基本要求。由于金刚石的折射率较高(2.4),块状金刚石结构中的NV中心的光子收集效率就比较低。换而言之,金刚石在较低折射率环境下就可以充当高效光波导。
 
  在实际应用方面,该研究可用于生物观测领域的高灵敏磁传感器、量子计算机的计算科学以及密码保护通讯等。下一步,Hatano和同事将进一步探索对纳米结构形状制备技术的更好控制,通过优化化学气相沉积生长环境制备出表面更加光滑的金刚石结构。