Открытие нового типа связи в квантовых излучателях алмазов

Наноалмаз с NV-центром на кончике АСМ-зонда исследует топологический волновод. Подавление RCP-излучения на 710 нм выявляет области, поддерживающие хиральные моды (полосы на правом изображении). Автор: Карлос Мерiles

Исследователи из Городского колледжа Нью-Йорка продемонстрировали, как квантовый излучатель — азотно-вакансионный (NV) центр в алмазе — неожиданным образом взаимодействует со специально сконструированной фотонной структурой при перемещении с помощью сканирующего зонда.

Исследование, проведенное под руководством Карлоса А. Мерilesа — профессора физики Мартина и Мишель Коэн в Отделе наук — и озаглавленное «Излучение азотно-вакансионных центров в алмазе, формируемое топологическими модами фотонных волноводов», опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.

То, что долгое время считалось недостатком NV-центра — его широкий и беспорядочный спектр излучения — оказалось способным обеспечить новый тип связи, который преобразует его свет способами, ранее не наблюдавшимися. Это открытие имеет фундаментальное значение для квантовых информационных технологий, поскольку такая связь может помочь преодолеть давние проблемы, такие как спектральная диффузия, и открыть пути к созданию устойчивого спин-фотонного и спин-спинового запутывания на чипе.

В то же время работа демонстрирует новую возможность зондирования: анализируя излучение NV-центра, команда смогла восстановить детальные, поляризационно-разрешенные изображения фотонных мод с замечательным контрастом.

«Помимо фотонных структур, эта чувствительность к поляризации в конечном итоге может быть применена для обнаружения хиральных молекул, которые имеют центральное значение для биологии и медицины», — сказал Мерiles.

Он добавил, что последующие исследования будут продолжены в обоих направлениях — более глубокое изучение взаимодействий квантовых излучателей со структурами и разработка новых сенсорных приложений на основе тех же принципов.

Больше информации: Raman Kumar et al, Emission of nitrogen–vacancy centres in diamond shaped by topological photonic waveguide modes, Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-02001-3

Источник: City College of New York