Hybride nanoantennas maken lichte opname mogelijk van diamantdefecten

Onderzoekers van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem en de Humboldt University in Berlijn hebben een manier ontwikkeld om bijna al het licht van kleine diamantdefecten te vangen die bekend staan ​​als kleurcentra. Door nanodiamonds in speciaal ontworpen hybride nanoantennas met extreme precisie te plaatsen, behaalde het team een ​​recordfotonverzameling bij kamertemperatuur-een noodzakelijke stap voor kwantumtechnologieën zoals kwantumsensoren en kwantum-beveiligde communicatie.

Diamanten zijn al lang gewaardeerd voor hun sprankeling, maar onderzoekers van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem, in samenwerking met collega’s van de Humboldt University in Berlijn, laten zien dat ze een bijna optimale “sprankelende” bereiken, een belangrijke vereiste voor het gebruik van diamanten ook voor kwantumtechnologie. Het team heeft een bijna perfecte verzameling van de zwakste lichtsignalen, afzonderlijke fotonen, benaderd van kleine diamantdefecten, bekend als stikstof-vacancy (NV) centra, die van vitaal belang zijn voor het ontwikkelen van kwantumcomputers, sensoren en communicatienetwerken van de volgende generatie.

NV -centra zijn microscopische onvolkomenheden in de diamantstructuur die kunnen werken als kwantum “lichtschakelaars”. Ze stoten enkele lichtdeeltjes uit (fotonen) die kwantuminformatie dragen. Het probleem is tot nu toe dat veel van dit licht in alle richtingen verloren gaat, waardoor het moeilijk is om te vangen en te gebruiken.

Het Hebreeuwse universitaire team loste samen met hun onderzoekspartners uit Berlijn deze uitdaging op door nanodiamonds in te bedden met NV -centra in speciaal ontworpen hybride nanoantennes. Deze antennes, gebouwd uit lagen metaal en diëlektrische materialen in een nauwkeurig bullseye-patroon, leiden het licht in een goed gedefinieerde richting in plaats van het te laten verspreiden. Met behulp van ultra-nauwkeurige positionering plaatsten de onderzoekers de Nanodiamonds precies in het antennecentrum-in een paar miljardste van een meter.

Uitgelegd in APL QUANTUMde resultaat zijn significant: het nieuwe systeem kan tot 80% van de uitgezonden fotonen verzamelen bij kamertemperatuur. Dit is een dramatische verbetering in vergelijking met eerdere pogingen, waarbij slechts een klein deel van het licht bruikbaar was.

Prof. Rapaport legde uit: “Onze aanpak brengt ons veel dichter bij praktische kwantumapparaten. Door fotonverzameling efficiënter te maken, openen we de deur naar technologieën zoals veilige kwantumcommunicatie en ultra-gevoelige sensoren.”

Dr. Lubotzky voegde eraan toe: “Wat ons opwindt, is dat dit werkt in een eenvoudig, chip-gebaseerd ontwerp en bij kamertemperatuur. Dat betekent dat het veel gemakkelijker kan worden geïntegreerd in real-world systemen.”

Het onderzoek toont niet alleen slimme engineering, maar ook het potentieel van diamanten voorbij sieraden. Met kwantumtechnologieën die naar real-world applicaties racen, kan deze vooruitgang de weg vrijmaken voor snellere, betrouwbaardere kwantumnetwerken.