Аннотация:
Команда из Университета Буффало использовала расчеты из первых принципов, чтобы предсказать, какие оптические «отпечатки пальцев» различные атомные дефекты в гексагональном нитриде бора будут оставлять при воздействии лазерного света. В ходе исследования было проанализировано десять типов дефектов, включая вакансии атомов бора или азота, а также дефектные структуры, образованные атомами углерода, замещающими позиции бора и азота, и обнаружено, что они изменяют интенсивность и поляризационные характеристики светового сигнала, генерируемого материалом.
Гексагональный нитрид бора — привлекший внимание двумерный материал, состоящий из атомов бора и азота, расположенных в сотовой структуре. Исследования показывают, что дефекты мало влияют на обычный линейный оптический отклик материала, но могут значительно усилить нелинейный оптический эффект: некоторые структуры могут позволять падающему лазеру генерировать свет с удвоенной или утроенной частотой. Среди них сигнал второй гармоники дефектного комплекса атома углерода может усиливаться на несколько порядков, причем сигнал меняется с направлением поляризации.
Ожидается, что эти различия помогут исследователям определить, какие атомы содержат дефекты и как они устроены. Даже если дефект состоит из атомов одного и того же вида и количества, результирующий спектр поляризации может быть другим, если его геометрия различается. Например, из двух четырехуглеродных схем, смоделированных в ходе исследования, ожидалось, что одна будет давать сильный сигнал в обоих направлениях поляризации, тогда как другая будет значительно усиливаться только в одном направлении. Исследовательская группа также измерила образцы нитрида бора, легированного углеродом, и экспериментальные результаты качественно подтвердили тенденции, предсказанные расчетами; однако эта работа еще не продемонстрировала зрелое устройство обнаружения, которое могло бы идентифицировать отдельные атомные дефекты один за другим.
Некоторые гексагональные дефекты нитрида бора могут испускать по одному фотону за раз и, как ожидается, будут использоваться в квантовой связи и высокочувствительном зондировании. Исследователи надеются использовать эти оптические характеристики для отсеивания дефектов, пригодных для генерации квантового света, и дальнейшего контроля их расположения в материале, в конечном итоге создав массив, состоящий из нескольких точно расположенных источников квантового света. Соответствующее исследование опубликовано в журнале Nano Letters. В настоящее время он в основном обеспечивает теоретическую основу для выявления и проектирования дефектов. Практические квантовые устройства все еще требуют последующей проверки и инженерной разработки.
Комментарии