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美国研究人员利用激光脉冲测量光致发光现象

2014-02-02 00:02
苏子言岁月
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  近日,美国罗切斯特大学的研究人员首次在自由空间内的悬浮纳米金刚石上测量到光致发光所发射出的光束;该实验利用激光将纳米金刚石固置在空中,然后用另外一束激光照射金刚石,使之以定频形式发光。研究成果发表在Optics Letters上。

  光学教授Nick Vamivakas领导了此次实验项目。他说,激光势阱技术可以使100纳米大小(相当于一根头发丝直径的千分之一)的金刚石颗粒悬浮在自由空间中。现在,他的团队已经成功将纳米金刚石悬浮并测量出来自金刚石缺陷的光致发光;鉴于此技术,研究者下一步或将在量子信息和量子计算领域开辟新的技术应用。光学机械谐振器就是该技术一个显著的应用。

  Vamivakas解释道,光学机械谐振器是一种振动系统可以被光控制的结构,在Nick Vamivakas主持的试验中,振动系统就是被悬浮的纳米金刚石。“我们目前仍在探索该试验的具体细节,但理论上我们是有信心将信息编译至金刚石振动系统中,然后通过金刚石发光读取出来”。

  这种纳米结构的光学机械谐振器可用于高敏感力传感器,用来测量微芯片装置中的金属板和镜像的微小位移,并帮助人们从纳米概念上来理解摩擦力。

  纳米金刚石悬浮技术要比传统的光学机械振荡器优越许多,因为这种技术不依附任何大的器件结构,从而更容易散热;而且敏感不稳定的量子相干在这种系统下会更持久,相关的实验效果也会更好。

  纳米金刚石发射出的光来自光致发光效应,金刚石内部缺陷吸收了激光发射的光子(该激光为照射金刚石的激光,而非使金刚石悬浮的激光),从而激活了整个纳米金刚石悬浮系统并改变了自旋状态;系统变得松散并开始发射光子。这一过程也就是平时所说的光抽运。

  系统中的金刚石缺陷,也即氮空位(NV),它是由于金刚石结构中一个或多个碳原子被一个氮原子所替代而形成的。该系统的化学结构中,不同能量的激光在氮位置上会更容易激活电子。之前的实验就已经证明金刚石氮空位中心是很好的且较为稳定的单光子来源,这也是研究者选择纳米金刚石作为悬浮对象的原因。

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