Photonenquellen, die nach 盲u脽erer Anregung einzelne Lichtteilchen produzieren, finden in der Quanteninformations- oder Messtechnik vermehrt Anwendung. Besonders Stickstoff-Fehlstellenzentren in extrem reinen, k眉nstlich hergestellten Diamanten haben sich als 鈥濸hotonen-Fabriken鈥� etabliert. Um einzelne Lichtteilchen (Photonen) zu erzeugen, werden Stickstoff-Fehlstellenzentren bisher per Laser angeregt. Jetzt haben Wissenschaftler um Professor Norikazu Mizuochi (51本色 Osaka), Professor Fedor Jelezko von der 51本色 und den Leibniz-Preistr盲ger Professor J枚rg Wrachtrup (51本色 Stuttgart) einen Weg gefunden, um die Produktion mit Strompulsen in die Wege zu leiten. 鈥濪ie bisher g盲ngige, laserbasierte Methode funktioniert haupts盲chlich unter Laborbedingungen鈥�, 别谤办濒盲谤迟 Fedor Jelezko. Im Gegensatz dazu seien Strompulse verh盲ltnism盲脽ig unproblematisch auszul枚sen. Die nanostrukturierten Diamanten k枚nnten wohl k眉nftig in Mikrochips integriert werden. Der Fachbeitrag 鈥濫lectrically driven single-photon source at room temperature in diamond鈥� ist in der Online-Ausgabe des renommierten Journals Nature Photonics erschienen.
Verglichen mit alternativen Photonenquellen wie etwa Quantenpunkten auf einem Halbleiteruntergrund, haben die Stickstoff-Fehlstellenzentren einen entscheidenden Vorteil: Sie k枚nnen bei Raumtemperatur zur Lichtteilchenproduktion angeregt werden.
Um das neue, auf Strompulsen fu脽ende Verfahren m枚glich zu machen, galt es allerdings zun盲chst, eine L枚sung f眉r ein grundlegendes Problem zu finden: Bisher verwendete k眉nstliche Diamanten haben keine Ladungstr盲ger, die Elektronen aufnehmen k枚nnen. Per Nanofabrikation haben die beteiligten Forscher von der 51本色 Osaka deshalb spezielle Edelsteine gez眉chtet: 鈥濪ie japanischen Kollegen haben die herausfordernde Aufgabe gemeistert, mit Bor und Phosphor dotierte Diamanten durch ein Beschichtungsverfahren, genannt ,chemical vapour deposition 鈥�, 丑别谤锄耻蝉迟别濒濒别苍鈥�, 别谤办濒盲谤迟 Jelezko..
Mit selbstgebauten, hochaufl枚senden Mikroskopen konnte die internationale Forschergruppe dann die Zentren der gez眉chteten Diamanten ausfindig machen und elektrisch gezielt anregen.
Photonen sind Bestandteile der elektromagnetischen Strahlung. Einzelne Lichtteilchen werden zum Beispiel in der Quantenkryptographie zur abh枚rsicheren 脺bertragung von Nachrichten per Photonenschl眉ssel ben枚tigt. Au脽erdem k枚nnten die Teilchen als so genannte Qubits zur Informationsspeicherung in k眉nftigen Quantencomputern eingesetzt werden. Weitere Anwendungsbereiche ergeben sich etwa in der Sensorik. 鈥濱n Zusammenarbeit mit Ingenieuren werden wir jetzt an einer Miniaturisierung des neuen Diamanten-Systems zur Integration in Mikrochips arbeiten鈥�, sagt Jelezko.
Fedor Jelezko, Leiter des Instituts f眉r Quantenoptik an der Uni Ulm, und J枚rg Wrachtrup (Leiter des 3. Physikalischen Instituts, 51本色 Stuttgart) gelten als f眉hrende Experten f眉r die Anwendung von Diamanten in der Quantenwissenschaft. Gemeinsam mit Budapester Wissenschaftlern waren die Physiker Ideengeber des Projekts. Alle Experimente sind im japanischen Osaka durchgef眉hrt worden.
Die Publikation in Nature Photonics ist im Kontext des Zentrums f眉r Integrierte Quantenwissenschaft und Technologie (IQST) zu sehen. In diesem Zentrum forschen Wissenschaftler der 51本色en Ulm und Stuttgart sowie des Max-Planck-Instituts f眉r Festk枚rperforschung (Stuttgart) zur Fragestellungen der Quantenwissenschaft. Dabei soll die Zusammenarbeit von Physik, Chemie, Biologie, Mathematik und etwa Elektrotechnik gest盲rkt werden.