вторник, 17 апреля 2012 г.

Разработан диод, способный испускать одиночный фотон при комнатной температуре

Разработан диод, способный испускать одиночный фотон при комнатной температуреДо недавнего времени однофотонные источники, обеспечивающие неклассические управляемые состояния света, были довольно сложными устройствами, воспроизводимыми лишь в лабораториях при условии глубокого охлаждения фотодетектора и излучающего полупроводника (обычно квантовых точек). Но недавно группе японских исследователей под руководством Н. Мицуочи из Японского научно-технического агентства впервые удалось создать эффективный источник однофотонного светового импульса, работающий при комнатной температуре.

Как известно, алмазы — диэлектрики, но преднамеренное создание в них включений из других материалов (допирование) способно придать им электропроводность. Исследователи комбинировали три различных типа допированных алмазов в одном светодиоде. Один из этих промышленных алмазов имел включение азота. Он-то и сыграл ключевую роль в электролюминисцентном получении одиночного фотона: под действием электрического поля алмаз с азотным допированием испустил одиночный фотон.

Хотя внешне это сходно с работой светодиода, в действительности налицо существенные различия. Обычный светодиод — это комбинация полупроводников n- и p-типа (в первом носителем заряда являются электроны, а во втором — дырки). Два допированных алмаза, использованных в исследовании, также представляют собой полупроводники n- и p-типа, а вот третий — чистый. Все три элемента диода отделены друг от друга электродами из золота, платины и титана. При перекомбинировании электронов и дырок в полупроводниковых алмазах собранный диод испустил фотон, причём его источником был именно алмаз, драпированный азотом по типу азото-замещённой вакансии. Как это происходит?

Дефект азото-замещённой вакансии в алмазе включает в себя вакансию решётки со связанным с ней атомом азота. Размер решётки — примерно 3,5 Å. Атом азота имеет пять валентных электронов: три из них ковалентно связаны с близлежащими атомами углерода, а два — с вакансией. Дополнительный электрон он захватывает со «стороны» (видимо, от другого атома азота). Иногда он теряет этот электрон, превращаясь в нейтральный. Как удалось установить в ходе эксперимента, под действием электрического поля такая вакансия в алмазе испускает одиночный фотон.

Теоретический механизм подобного однофотонного излучения до конца неясен, но его практическая значимость очевидна уже сейчас. Это первый зарегистрированный случай эмиссии одного фотона при комнатной температуре, да и стоимость малых промышленных алмазов не столь велика в сравнении с традиционными диодами.

Чтобы повысить эффективность своих эмиттеров, исследователи намерены создать на их базе нанонити, которые позволят интенсифицировать поток зарядов и тем самым приблизят алмазные диоды к производительности квантовых точек. Если это удастся, впервые реально можно будет говорить о квантовой электронике, работающей при комнатной температуре.

Отчёт об исследовании представлен в журнале Nature Photonics.

Подготовлено по материалам Ars Technica.

Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Другие новости науки и техники":

Выявлены предполагаемые законодатели музыкальной моды
Лондон, Нью-Йорк и Париж считаются законодателями моды. А есть ли подобные узлы или центры в мире популярной музыки? Конрад Ли и Патрик Каннингем из Clique Research Cluster (Ирландия) попытались ответить на этот вопрос с помощью известного сервиса Last.fm. Эта служба интересна в том числе тем, что публикует списки самых популярных артистов по географическому принципу. Поэтому можно поискать, к...
  (читать дальше)

Американские исследователи считают, что открыли новую химическую реакцию
Дональд Уотсон и его научная группа из Делавэрского университета разработала новую модификацию реакции Хека, которая позволяет конвертировать С—Н-связи в C—Si, используя всё тот же металлический палладий в качестве катализатора. По мнению учёных, открытый ими синтетический процесс обладает широким потенциалом промышленного применения — от производства лекарств до изготовления пластиков. Работа б...
  (читать дальше)

Загадочные тёмные области Марса сделаны из стекла
Тёмные области — вероятно, результат древней вулканической активности — покрывают более 10 млн км² обширной низменности северного полушария Марса. Их состав остаётся неясным. Различные спектральные измерения показали, что они — в отличие от других тёмных областей Красной планеты — сложены в основном базальтом. Бриони Хорган и Джим Белл из Университета штата Аризона (США) проанализировали да...
  (читать дальше)

Крошечные древние приматы развивались быстрее своих современных потомков
Исследователи объяснили несоответствие между ископаемыми останками приматов и скоростью их эволюции, рассчитанной по ДНК. Самые ранние известные ископаемые останки приматов датируются 56 млн лет назад. В то же время молекулярный анализ говорит о том, что история приматов началась гораздо раньше, в позднем мелу, 82 млн лет назад. Но никаких свидетельств об их существовании в то время нет. Загад...
  (читать дальше)

Гидра видит жертву на свет
Установлена связь между охотничьим поведением гидры и недавно обнаруженным у неё зрительным белком. Пресноводные кишечнополостные гидры известны вам по школьному учебнику биологии: их щупальца со стрекательными клетками парализуют мелкую жертву, которую гидра затем заталкивает себе в рот. При этом у неё до крайности примитивная нервная система, нервные клети почти не дифференцированы, среди них ...
  (читать дальше)

Ястребы, охотящиеся на голубей-«фриков», лучше размножаются
Ястребы-тетеревятники учатся различать в стае голубей особей с необычной внешностью: способность концентрироваться на «фриках» сильно облегчает охоту и помогает в выведении потомства. Известно, что странная, необычная внешность в мире животных может дорого обойтись владельцу: именно на таких выделяющихся из толпы индивидуумов направлена атака хищника. Кристиан Ратц из Оксфордского университета (...
  (читать дальше)

Вторая группа крови способствует кишечному гриппу
Ротавирусы, возбудители кишечного гриппа, проникают в клетки человека с помощью поверхностных антигенов, определяющих группу крови. Чтобы попасть внутрь клетки, вирусы используют различные молекулы, располагающиеся на клеточной мембране. Например, ротавирусы, вызывающие «кишечный грипп», используют поверхностные гликаны — сложные комплексы сшитых друг с другом углеводных молекул. Ротавирусы, кот...
  (читать дальше)

Как светолюбивые растения избегают тени
Ученые готовы вылечить сельскохозяйственные растения от «теневого синдрома»: открыт механизм, которые заставляет растения в тени давать более длинные стебли и менее обильные плоды. Это поможет выращивать больше пшеницы, чаще засаживая поля без потери урожайности. Безвредные и «дружелюбные», на первый взгляд, растения живут в очень жесткой конкурентной среде, что особенно явно проявляется в борьбе...
  (читать дальше)

Электросамолёт на солнечных батареях удвоил дальность полёта
Прошлым летом германская компания PC-Aero представила одноместный электросамолёт Elektra One, имевший дальность до 480 км; из 300 кг его полной массы 100 кг приходилось на аккумуляторы. Новая модель — Elektra One Solar, которую производитель покажет 18 апреля на AERO-2012, получила солнечные батареи на крыльях и оперении, достигнув при этом дальности в 1 080 км. Впервые электросамолёт, пригодный...
  (читать дальше)
НАСА и ЕКА будут осваивать Марс в четыре этапа
Группа учёных из Европы, Канады и США, включая специалистов НАСА и ЕКА, выделила четыре главных требования к будущим проектам, посвящённым доставке образцов марсианского грунта на Землю. Во главу угла поставлены поиск следов прошлой или нынешней жизни. Отправка человека — на последнем месте. Хотя выполнение первоочередной задачи — всё равно что поиск иголки в стоге сена, учёные полагают, что и...
  (читать дальше)

Как природа осуществляет наноразмерный контроль за солнечной энергией
Начало природного процесса захвата солнечной энергии происходит в абсорбирующих свет протеиновых комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Даже после миллиардов лет эволюции Природа и не думает отказываться от находящегося в центре РЦ абсорбирующего свет гексамерного кофактора, нужного для проведения самой первой химической реакции фотосинтеза — индуцированного светом э...
  (читать дальше)

Почему секс и красный цвет взаимосвязаны
Исследователи пришли к выводу, что красные женские гениталии не возбуждают мужчин — следовательно, для сексуальной символики красного цвета нужно искать иное, менее наглядное объяснение. Обычно поведенческие эксперименты такого рода проводят на млекопитающих. Поэтому то, что в исследовании участвовали не самцы обезьян, а обычные мужчины, добавляет результатам ещё и солидную долю пикантности. С...
  (читать дальше)

Как мысли о смерти нам жить помогают
Размышления о смерти делают нас добрее и внимательнее, а вид на кладбище способен помочь с пошатнувшимся здоровьем. Общество обычно табуирует тему смерти. Считается (и тому есть подтверждения в работах психологов), что мысли о смерти негативно влияют на психику, способствуют асоциальному и даже антисоциальному поведению, и что нормальной жизни «размышления о вечном» следует держать в узде. С пси...
  (читать дальше)

Королевство кривых лучей
Обычно свет распространяется по прямой. Конечно, при помощи сред с различными коэффициентами преломления его можно отклонить. Однако новые исследования двух независимых научных групп показывают, что и сам по себе пучок света может изгибаться до 360˚. Часто новое — это хорошо забытое, но не обязательно старое. В конце 1970-х физики Майкл Берри из Бристольского университета (Великобритания) и Нанд...
  (читать дальше)

Объявлены победители конкурса подводной фотографии
Подведены итоги ежегодного конкурса подводной фотографии, который проходит под эгидой Школы морских и атмосферных наук Университета Майами (США). До участия допускаются только любители, которые зарабатывают на фотографии не более 20% своего дохода. Второе место в категории «Макросъёмка»: «фарфоровый» краб из семейства Porcellanidae, зацепившийся за полип морское перо в национальном парк...
  (читать дальше)

Заболевания дёсен, оказывается, не имеют отношения ни к инфарктам, ни к инсультам
Вот уже два десятка лет учёные твердят о связи между заболеваниями дёсен, инфарктами и инсультами. И вдруг новый анализ данных показывает, что эти заявления ошибочны. Американская кардиологическая ассоциация опубликовала в AHA journal Circulation «научный рапорт», заключающий, что периодонтит не повышает риска возникновения сердечно-сосудистых хворей и не является их причиной. Более того, нет ни м...
  (читать дальше)

Аспирин, возможно, помогает против ожирения
Салициловая кислота, образующаяся в результате расщепления аспирина, активирует расщепление жиров в клетке. Кажется, человечество вот уже более полутораста лет живёт с лекарством от всех болезней, не догадываясь о его чудодейственном всемогуществе. Не так давно проходило сообщение о том, что аспирин можно пить для профилактики рака; полным ходом исследуется его благотворное влияние при сердечно-...
  (читать дальше)

Как звучит симметрия субатомного мира?
Хотите услышать песнь позитрона? Итальянский инженер Доменико Вичинанца, кажется, готов воплотить вашу мечту. Этот человек уже экспериментировал с вулканической активностью и даже играл древнегреческую музыку с «Оркестром забытых звуков». Теперь его влечёт субатомный мир туманных и пузырьковых камер — предшественников современных детекторов частиц. Туманную камеру изобрёл в 1895 году шотландск...
  (читать дальше)

Нам бы расписания взять и отменить
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что отмена управления наземным общественным транспортом при помощи расписания и использование децентрализованной самоуправляющейся схемы позволяет сделать движение более эффективным. В работе, опубликованной в журнале Transportation Research, описан алгоритм, позволяющий минимизировать интервалы между появлениями автобусов на о...
  (читать дальше)