俄羅斯ITMO大學和澳大利亞國立大學的物理學家開發(fā)出了第一款受控納米金剛石光源。 實驗表明，金剛石外殼可以使光源的發(fā)射速度提高一倍，并且無需任何額外的納米和微結(jié)構(gòu)就可以控制它們。這個結(jié)果是由于鉆石晶格中的缺陷而實現(xiàn)的。研究成果對量子計算機和光網(wǎng)絡的發(fā)展具有重要的意義。

       現(xiàn)代納米光子學的關(guān)鍵領域之一是設計有源電介質(zhì)納米天線或受控光子源。 作為納米天線的基礎，科學家通常使用等離子體金屬納米粒子。然而，這些粒子的光學損失和加熱促使科學家尋找替代品。最近，ITMO大學納米光子學和超材料國際實驗室的成員開發(fā)了基于納米金剛石的新型活性介電納米天線的新概念。

       納米金剛石是具有獨特性質(zhì)的碳納米結(jié)構(gòu)。 它們具有足夠高的折射率，高熱導率和低相互作用活性。 科學家們使用了所謂的氮空位中心（NV-中心）的納米金剛石。 這些是通過從金剛石晶格中去除碳原子而人為地產(chǎn)生的。 然后打開的空位與植入的氮原子相連。 這些NV中心的電子自旋很容易被光控制，并且電子自旋可以用來記錄量子信息。

       ITMO大學的科學家研究了納米金剛石的光學特性，發(fā)現(xiàn)它們的輻射可以通過將NV中心發(fā)光光譜與金剛石納米顆粒的光學Mie共振相結(jié)合而得到增強。 這可以在NV中心的特定位置和合適的粒徑下實現(xiàn)。 這樣可以增加納米金剛石的Purcell因子。 該指標用于估算金剛石外殼如何影響光源自發(fā)輻射的速率。如果Purcell因子增加，熒光衰減時間減少，而信號本身變得更強，更容易閱讀。

       研究人員強調(diào)，這種效應是通過使用納米金剛石的性質(zhì)來實現(xiàn)的?！巴ǔ?，為了加速輻射，人們必須建立一個復雜的諧振器系統(tǒng)，但我們設法取得了類似的結(jié)果，沒有任何附加結(jié)構(gòu)。 我們通過實驗證明，使用簡單的物理方法，可以至少加速兩倍的發(fā)光衰減，”國際納米光子和超材料實驗室的Dmitry Zuev說。

       事實上，盡管研究人員還為金剛石外殼中的單光子源的行為開發(fā)了一個理論模型，但對具有多個NV中心的納米金剛石進行了實驗。計算表明，發(fā)光速度可以提高幾十倍。

       金剛石是自然界存在的特殊材料之一，具有最高的硬度、低摩擦系數(shù)、高彈性模量、高熱導、高絕緣、寬能隙、高的聲傳播速率以及良好的化學穩(wěn)定性等，如下表。雖然天然金剛石具有這些獨一無二的特性，但是它們一直僅僅是以寶石的形式存在，其性質(zhì)的多變性和稀有性極大地限制了其應用。而洛陽譽芯金剛石制備的CVD金剛石膜將這些優(yōu)異的物理化學性能集一身，且成本較天然金剛石低，能夠制備各種幾何形狀，在電子、光學、機械等工業(yè)領域有廣泛的應用前景。