科学家发现金刚石缺陷可以确保数据传输和测量温度

发布时间:

2023-06-21

具有色心的微金刚石具有的光物理性质。该研究在室温下发现了许多高压高温微金刚石的光致发光，其全宽半宽低至0.5 nm(波长630.15 nm≈390 GHz)。相关光谱学证明这些谱线来源于单光子发射器。对单个发射器的光致发光和光致发光激发光谱的研究表明，声子边带和窄带激发可以忽略不计。证明了温度灵敏度、稳定的光致发光、亮度、线性偏振和荧光寿命≈1.5–2.5 ns。结果表明，已发现的“神秘”发射器在量子光学、荧光标记和高分辨率测温学方面的应用具有巨大潜力。

　　黑白图片显示了用扫描电子显微镜看到的微金刚石晶体。带有分散色斑的叠加蓝色方块是荧光显微镜图像，突出显示了该研究作者发现的新色中心。这些缺陷会在狭窄的光谱范围内重新发射先前吸收的光。也就是说，如有图所示，大部分发射发生在约630纳米的波长处。该峰的优点是清晰可辨，并且会根据环境温度而变化，从而使金刚石可用作远程温度传感器。

　　来自Skoltech，莫斯科师范国立大学和其他研究中心的科学家在金刚石中发现了一类新的缺陷，可用于量子信息处理以及非常小的物体(如活细胞)内的精确和远程温度测量。这一发现以“Enigmatic color centers in microdiamonds with bright, stable, and narrow-band fluorescence” 为题发表在 Physical Review B 上。

　　色心是透明晶体(通常是金刚石)中各种性质缺陷的总称。一般来说，色心是一个外来原子，比如氮原子，与金刚石的晶格结合在一起，而附近的一个或多个碳原子则缺失。

　　色心之所以得名，是因为它们的光学特性。虽然金刚石本身对可见光是透明的，但色心是其中的斑点，具有技术吸引力的能力，可以吸收光并在相当窄的光谱带(即具有非常特定的颜色(波长))中有效地重新发射光。重要的是，色心可以有效地发射单光子。这种窄带单光子发射有几个潜在的应用。

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