iPon Hírek

Szobahőmérsékleten üzemelő egyfoton-forrás

Dátum | 2012. 04. 18.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

A kvantummechanikai elveken alapuló technológiák esetében sokszor van szükség egyetlen foton létrehozására. Kontrollálható fotonokra van szükség ahhoz, hogy kvantumkommunikáció vagy a kvantumszámítógép valósággá váljon és elterjedhessen. Ez azonban nem egyszerű feladat, egyetlen irányított foton kibocsátásához általában erre specializált nanoanyagokra és nagyon alacsony hőmérsékletre van szükség. Ezek nem olyan kondíciók, amelyek mellett elképzelhető egy hétköznapi használatra tervezett kvantumszámítógép létrehozása, így folyamatos kutatások zajlanak „barátságosabb” egyfoton-források létrehozására. Egy tudóscsoport nemrégiben jelentős lépést tett előre a területen: N. Mizuochi és munkatársai szobahőmérsékleten valósították meg egyetlen foton emisszióját egy módosított gyémánt-félvezető készülék segítségével.

A félvezetők alacsony hőfokon szigetelőkként viselkednek, a hőmérséklet kismértékű növelése azonban magasabb energiaállapotba emeli az elektronokat, és lehetségessé válik a töltések vándorlása. A tisztán szénből álló gyémántok szigetelők, de ha valamilyen anyaggal szennyeződnek (adalékolódnak), akkor vezető tulajdonságokat vesznek fel. Az atomok közti adalékok, vagyis idegen atomok és hiányok megváltoztatják az anyag elektromos szerkezetét, és általuk nagyobb kontroll gyakorolható a töltésmozgás felett. Az alkalmazott adalékatomnak eggyel több vagy kevesebb elektronja van, mint a félvezetőnek. N-típus esetén a félvezető anyagát a gyártás során elektrontöbblettel rendelkező anyaggal szennyezik, ezért ott negatív töltésűvé válik. P-típus esetén a félvezetőt elektronhiánnyal rendelkező anyaggal szennyezik, így „lyukak” alakulnak ki az anyag szerkezetében, melyek pozitív töltésnek tekinthetők. A két típus kombinálásából dióda hozható létre. Az ilyen diódákban a töltések szabadon áramolnak egy bizonyos irányba, és nagy ellenállásba ütköznek, ha az ezzel ellenkező irányba próbálnak haladni.


A gyémánt, a grafit, a grafén és a fullerének a szén allotróp módosulatai, azaz normál esetben tisztán szénatomokból állnak. A gyémánt a grafénnal ellentétben tiszta állapotában szigetelő, bórral, nitrogénnel vagy foszforral adalékolva azonban félvezetővé válik. (Bórt hozzáadva kék, nitrogént adalékolva sárga gyémántokat kapunk eredményül.) A szennyezés egy specifikus formája az úgynevezett nitrogén-vakancia (NV), amikor egy szénatomot eltávolítanak a kristályrácsból, egyet pedig nitrogénre cserélnek, ezt tették esetünkben a kutatók is.

Egy N- és egy P-típusú gyémánt félvezetőből, valamint egy tiszta gyémántból diódát állítottak össze, és arany-platina-titán elektródák közé helyezték. Az elektronok és lyukak rekombinációjának következtében fény bocsátódott ki a rendszerből, ahogy az a LED-es fényforrások esetében is történik. A normál LED-ekben azonban a rekombináció folyamatosan folyik, így fotonok sora bocsátódik ki, a gyémánt-dióda viszont csak egyetlen fotont emittált. Az kibocsátott foton a nitrogén-vakancia helyéről indult ki, így ez a szennyezés volt felelős a megfigyelt effektusért.

A kutatók a jelenség elméleti hátterét egyelőre nem kívánják mélyebben részletezni, mivel nagyon sok a kérdéses elem, így további vizsgálatok szükségesek a helytálló magyarázatok megfogalmazásához. A kutatást azonban már jelen formájában is kétségtelenül sikeresnek tekinthető, hiszen ez az első olyan készülék, amely képes szobahőmérsékleten operálva különálló fotonok kibocsátására. A találmány még jelentős fejlesztéseket igényel, de általa először került elérhető közelségbe a normál körülmények között működni képes kvantumelektronikai műszerek létrehozásának lehetősége.


 

Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

3. Dire
2012.04.18. 14:51
Tiszta olcsó anyagok
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2. crowly
2012.04.18. 16:52
Elég olcsók. Csak pár atomról van szó. De egy ilyen kutatás keretében minden bizonnyal akkor se riadnának vissza ha pár grammot kéne venni.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. CyberPunk6...
2012.04.18. 17:22
Dire - eddig is rengeteg helyen használták a mindennapi életben ezeket, nagyrészt olyan mennyiségekről van szó, hogy elenyésző költséggel jár a dolog.

 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!