«Химически модифицируя поверхность нанотрубки для контролируемого введения светоизлучающих дефектов, мы разработали углеродные нанотрубки в качестве источника одиночных фотонов, работая над созданием квантовых излучателей дефектного состояния, работающих при комнатной температуре и демонстрируя их функцию в технологически приемлемых длинах волн», — сказал Стивен. Дорн, руководитель проекта в Лос-Аламосе и член Центра интегрированных нанотехнологий (CINT). «В идеале однофотонный излучатель будет обеспечивать работу как при комнатной температуре, так и излучение на телекоммуникационных длинах волн, но это оставалось недостижимой целью. До сих пор материалы, которые могли действовать как однофотонные излучатели на этих длинах волн, приходилось охлаждать до жидкого гелия. температуры, что делает их гораздо менее полезными для конечных приложений или научных целей », — сказал он.
Важным прорывом в работе с нанотрубками CINT стала способность команды заставить нанотрубку излучать свет из одной точки вдоль трубки, только в месте дефекта. Ключевым моментом было ограничение количества дефектов до одного на тюбик. Одна трубка, один дефект, один фотон. . . . Излучая свет только по одному фотону за раз, можно затем управлять квантовыми свойствами фотонов для хранения, манипулирования и передачи информации.
Исследователи CINT смогли достичь такой степени контроля с помощью химии на основе диазония, процесса, который они использовали для связывания органической молекулы с поверхностью нанотрубки, чтобы служить дефектом. Химический состав реакции с диазонием позволил контролируемое введение дефектов на основе бензола с пониженной чувствительностью к естественным колебаниям окружающей среды. Важно отметить, что универсальность химии диазония также позволила исследователям получить доступ к внутренней настраиваемости длин волн излучения нанотрубок.
Длины волн (или цвет) фотонов, произведенных в большинстве других подходов, были слишком короткими для телекоммуникационных приложений, где фотонами необходимо эффективно манипулировать и переносить в оптических цепях. Команда обнаружила, что, выбрав нанотрубку подходящего диаметра, однофотонное излучение можно настроить на необходимый диапазон длин волн в телекоммуникационной сфере.
Доорн отметил, что у функционализированных углеродных нанотрубок есть значительные перспективы для дальнейшего развития, включая достижения в химии функционализации; интеграция в фотонные, плазмонные и метаматериальные структуры для дальнейшего контроля квантово-эмиссионных свойств; и реализация в устройствах с электрическим приводом и оптических схемах для различных приложений.