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钻石发光二极管室温下稳定生成单一光子

2012-04-18 10:06
Minor昔年
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  日本产业技术综合研究所日前报告,该所科学家参加的一个研究小组,在世界上首次利用钻石发光二极管在室温下稳定生成单一光子,这将推动量子密码通信和量子计算机相关技术。

  公报说,该所高级工程师山崎聪和大阪大学副教授水落宪和等研究人员以人造钻石为原料,在其中埋入由碳原子空穴和氮原子组成的复合体作为发光中心,在室温下稳定生成了单一光子,解决了制约单一光子源实用化的能源和成本瓶颈。

  量子密码通信理论上无法窃听,是一种理想的通信技术,近年来世界许多国家和企业都在研究。实现量子密码通信必需有稳定的单一光子源,能在需要的时候简单、精确地发出一个个载有信息的光子。迄今为止,单一光子源多采用量子点或有机分子,但它们在室温下很不稳定,需要用极低温来冷却,而且必须用激光激发,增加了能源消耗和成本。

  在这项研究中,科研人员用无杂质的高品质人造钻石做发光层(i层),在中间埋入发光中心,这个发光中心由一个除去碳原子的空穴和一个氮原子组成。但是没有杂质的钻石不能导电,科研人员又制作了添加磷的N层和添加硼的P层,将i层夹在中间,形成拥有P-i-N构造的元件。

  经光子相关光谱法等精密方法测试,只要让电流流经该元件的发光层,发光中心就能稳定产生单一光子,证实了该元件能在室温下作为单一光子源工作。这为研发节能、低成本的量子密码通信技术开辟了道路。另外,发光中心还具备优秀的自旋性能,有可能作为量子计算机的元件使用。

  这项研究的成果已在最新的《自然•光子学》网络版上发表。

 

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