Исследователи из университета в Рочестере впервые измерили свет, излучаемый при фотолюминесценции от свободно висящего нанобриллианта. В статье, опубликованной в издании Optics Letters, они описали как использовали лазер для удержания нанобриллиантов в пространстве, а используя второй лазер – заставить их излучать свет в заданных диапазонах.
Эксперимент, проведенный Ником Вамивакасом, ассистентом-профессором в области оптики, демонстрирует возможность левитации бриллиантов, размер которых не превышает 100 нм, используя технику, известную как лазерный захват.
«Сейчас, когда мы продемонстрировали возможность левитации нанобриллиантов и измерения фотолюминесценции от дефектов внутри бриллиантов, мы начали обдумывать системы, применимые в областях квантовой информатики и компьютеров», говорит Вамивакас. Он пояснил пример такой системы, которая может быть оптомеханическим резонатором.
Вамивакас объяснил, что оптомеханические резонаторы – это структуры, в которых вибрации системы, в данном случае захваченных нанобриллиантов, могут контролироваться светом. «Нам еще предстоит это проверить, однако в теории мы можем кодировать информацию в вибрациях бриллиантов и извлечь ее, используя излучаемый ими свет».
В перспективе возможные области применения таких нано-оптомеханических резонаторов включают создание сущности, называемые состояниями кота Шредингера (макроскопических, или больших систем, которые находятся в двух квантовых состояниях одновременно). Такие резонаторы могут быть использованы как чрезвычайно чувствительные сенсоры сил – например для измерения мельчайших отклонений в позиционировании металлических пластин или зеркал в конфигурациях, используемых в микроскопах, и в лучшем понимании трения на наноуровне.
«Левитирующие частицы наподобие этих могут иметь преимущества над существующими оптомехническими осцилляторами, так как они не связаны ни с какими большими структурами», объясняет Вамивакас. «Это бы значило, что их легче оставить прохладными, а также ожидается, что хрупкая квантовая когеренция, присущая таким системам в работе, будет оставаться достаточно долгой для проведения экспериментов».
Будущие эксперименты, которые запланировали Вамивакас и его команда, основываясь на предыдущей работе в Рочестере Лукаса Новотного, соавтора статьи и в настоящее время работающего в Высшей швейцарской технической школе в Цюрихе. Новотный со своей командой предварительно продемонстрировал, что при изменении и захватывающих возможностей лазеров, частицу возможно подтолкнуть к нижнему квантовому состоянию. Присоединяя лазер, охлаждающий кристаллический резонатор, благодаря спину внутренних дефектов – эти изменения называются спиновыми квантовыми прыжками Бора – при помощи механических вибраций резонаторов. Вамивакас пояснил, что эксперименты, наподобие этого, могли бы расширить наше понимание классических квантовых ограничений и касаться фундаментальных вопросов физики.
Свет, излучаемый нанобриллиантами, обязан своим происхождением фотолюминесценции. Дефекты внутри нанобриллиантов поглощают фотоны от второго лазера – не того, который захватывает бриллианты – а который возбуждает систему и изменяет спин. После этого система расслабляется и излучает фотоны. Также этот процесс называется оптической накачкой.
Эти дефекты появляются вследствие вакансий азота, которые появляются при замещении одного или более атомов углерода атомами азота в бриллианте. Химическая структура такова, что в месте расположения азота возможно возбуждение электронов, используя лазер, между различными энергетическими уровнями. Предыдущие эксперименты показали, что подобные центры вакансий в бриллиантах – достаточно хорошие, стабильные источники одиночных фотонов, вследствие чего исследователям удалось заставить левитировать эти частицы.
Ваше мнение