Дефект в алмазе впервые изучен с фемтосекундной точностью

Используя электронную 2D-спектроскопию в пико- и фемтосекундном разрешении по времени и нанометровом — по пространственным координатам, исследовательский коллектив, возглавляемый Грэхемом Флемингом (Graham Fleming), вице-ректором Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley), выполнил первые детальные наблюдения сверхбыстрых энергетических процессов, протекающих в примесях кристаллической решетки алмаза, известных как центры азотной вакансии (NV).

Такой дефект образуется, когда два смежных атома заменяются атомом азота и пустым местом — вакансией. Для NV-центров ученые во всем мире прогнозируют множество перспективных приложений.

«Электронная спектроскопия позволила нам подробно картографировать течение энергии через NV-центры в реальном времени и наблюдать важные квантовые эффекты, — говорит Флеминг. — Результаты имеют большое значение для магнитометрии, квантовой информатики, нанофотоники, сенсорики и сверхбыстрой спектроскопии».

Флеминг является одним из авторов описывающей это достижение статьи в Nature Physics, наряду с Ванессой Хакстер (Vanessa Huxter) из университета Аризоны, а также Томасом Оливером (Thomas Oliver) и Дмитрием Будкером (Dmitry Budker), которые оба параллельно работают в UC Berkeley и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.

Уникальная технология 2D-спектроскопии была разработана Флемингом и его коллегами изначально для изучения квантовых процессов фотосинтеза. Отслеживание пространственно-временного переноса энергии между атомами или молекулами, связанными через их электронные или вибрационные состояния, производится последовательным освещением образца тремя лазерными лучами. Четвертый лазер служит локальным осциллятором, усиливая и согласуя по фазе итоговые спектроскопические сигналы.

Полученные знания делают возможной настройку свойств NV-центров в алмазах и открывают новые направления для исследований. «Например, оптически накачивая NV-центры, мы можем целенаправленно возбуждать фононные моды, — отмечает Флеминг. — Это позволит разрабатывать алмазы с NV-центрами для квантового хранения и обработки информации на основе, как фононов, так и спина».

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365