郑州大学:金刚石氮空位色心新突破

关键词 金刚石|2025-05-08 09:51:34|来源 DT半导体
摘要 ​近日,郑州大学物理学院金刚石光电材料与器件团队在量子光学、固态色心领域取得理论突破。该工作提出多个理论模型描述了金刚石氮空位(Nitrogen-Vacancy,NV)色心与超窄....

近日,郑州大学物理学院金刚石光电材料与器件团队在量子光学、固态色心领域取得理论突破。该工作提出多个理论模型描述了金刚石氮空位(Nitrogen-Vacancy, NV)色心与超窄光学微腔的集体耦合,诠释了前期研究中的实验现象并预测了众多新的量光效应,为后续实验研究提供了关键指导,相关成果以“Superradiance from nitrogen-vacancy centers coupled to an ultranarrow optical cavity”为题发表于物理学期刊《Physical Review A》上。屈怡丹博士研究生为第一作者,张元教授、单崇新教授和丹麦尼尔斯玻尔研究所Klaus Mølmer教授为共同通讯作者,郑州大学为第一单位。

       超辐射是量子发射体通过与光场的集体耦合产生的协同自发辐射现象,其强度随发射体数量呈非线性增长,在量子传感、多光子纠缠态制备等领域具有重要应用。在过去的十来年,人们实现了NV色心自旋与多种高品质微波腔的集体耦合,展示了微波频段的超辐射脉冲、拉比劈裂、拉比振荡等量光效应。相较而言,NV色心光学跃迁具有较严重的非均匀展宽和频率漂移,这限制了其与高品质光腔间的集体耦合,迄今相关研究仅局限于Purcell增强自发辐射的展示。近期,本团队与德国卡尔斯鲁厄理工学院David Hunger教授组合作,利用低温环境抑制了上述过程,实现了NV色心光学跃迁与高精细光学微腔的集体耦合,展示了超辐射导致的辐射非线性和光子超聚束现象(Phys. Rev. X 14, 041055, 2024)。

image.png

       图(a)多能级NV色心与光学微腔的耦合示意图。(b)NV色心单重激发态导致二阶关联函数中“肩峰”的出现。(c,d)随光泵浦速率的增大,辐射速率表现出非线性变化,辐射谱中拉比劈裂逐步减小。(e)NV光学跃迁占据布局反转Dicke态时的二阶关联函数。

       为进一步诠释实验结果并预言新的量光效应,本研究突破了原有的二能级简化模型,构建了多个更为精密的理论来考量NV色心多能级的影响(图a),并结合密度矩阵与累积量平均场求解方法揭示了以下关键现象:(1)NV色心的单重态激发态并不影响上述集体效应,但会在二阶关联函数谱中较长延迟时间处引入光子聚束导致的“肩峰”(图b);(2)随着光泵浦速率的增大,辐射强度会出现线性、超线性、线性到亚线性的转变(图c),辐射谱表现出拉比劈裂现象且拉比劈裂逐步减小(图d);(3)光学泵浦致使NV色心光学跃迁占据不同的Dicke态,导致了丰富的光子聚束现象(图e)。

       理论工作不仅诠释了前期实验现象还预测了多种新效应,且研究成果可推广至其它固态色心体系(如硅空位、六方氮化硼中的碳相关缺陷),从而为后续实验设计提供了关键指导。

       该工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。

       全文链接:https://doi.org/10.1103/PhysRevA.111.033711


  ① 凡本网注明"来源:金刚石刀具网"的所有作品,均为河南远发信息技术有限公司合法拥有版权或有权使用的作品,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的,应在授权范围内使用,并注明"来源:金刚石刀具网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
② 凡本网注明"来源:XXX(非金刚石刀具网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
③ 如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在30日内进行。
※ 联系电话:0371-67667020

延伸推荐

中石化入局超硬材料,金刚石复合片专利落地!

中石化入局超硬材料,金刚石复合片专利落地!

​5月17日消息,国家知识产权局信息显示,中国石油化工集团有限公司、中石化石油机械股份有限公司申请一项名为“一种金刚石复合片及其制备方法和应用”的专利。...

日期 2026-05-22   刀具新闻
联想发布首款金刚石铜散热笔记本 千亿蓝海将启

联想发布首款金刚石铜散热笔记本 千亿蓝海将启

​2026年5月19日,联想正式推出YOGAAir14Ultra高端AI轻薄本,成为全球消费电子领域首款大规模量产搭载金刚石铜散热方案的3C产品。这款产...

日期 2026-05-22   刀具新闻
斯莱克&北科大:金刚石复合材料取得新进展

斯莱克&北科大:金刚石复合材料取得新进展

​传统金属材料已触达物理散热极限,金刚石增强金属基复合材料是一种领先的散热材料,是高端散热领域的必然需求,除高功率芯片器件之外,大功率激光器、功率模块和...

日期 2026-05-22   刀具新闻
涨停板上的“散热革命”:金刚石复合材料如何与硅“同胀同缩”

涨停板上的“散热革命”:金刚石复合材料如何与硅“同胀同缩”

金刚石,这种由碳原子构成的天然矿物,自古以来就被视作璀璨坚硬的珍宝。然而在现代科学眼中,它还有一个不为人知却更加价值连城的身份——自然界热导率最高的物质...

日期 2026-05-22   刀具新闻
四方达获13家机构调研:公司已具备大尺寸CVD金刚石散热片的规模化供货能力

四方达获13家机构调研:公司已具备大尺寸CVD金刚石散热片的规模化供货能力

​四方达5月13日发布投资者关系活动记录表,公司于2026年5月13日接受13家机构调研,机构类型为其他、基金公司、证券公司(399975)、阳光私募机...

日期 2026-05-22   刀具新闻
多家金刚石企业入选湖北省上市后备“银种子”企业名单

多家金刚石企业入选湖北省上市后备“银种子”企业名单

​3月30日,湖北省委金融办、湖北省地方金融管理局正式印发《关于印发2026-2028年度省级上市后备“金种子”“银种子”企业名单的通知》,武汉万邦激光...

日期 2026-05-14   刀具新闻
2026年一季度我国人造金刚石出口数据统计

2026年一季度我国人造金刚石出口数据统计

据中华人民共和国海关总署数据统计,2026年一季度,我国人造金刚石(单晶及微粉)出口量为8.25亿克拉,同比去年一季度减少24.28%,环比去年四季度减...

日期 2026-05-14   刀具新闻
金刚石产业化步入冲刺阶段

金刚石产业化步入冲刺阶段

近日,记者走进位于郑州的国家超算互联网核心节点机房,一排排黑色计算机柜整齐排列,这里没有传统数据中心的风扇轰鸣,只有液冷系统内冷媒流动的轻响。服务器刀箱...

日期 2026-05-14   刀具新闻
黄河旋风金刚石复合材料技术获重大突破

黄河旋风金刚石复合材料技术获重大突破

财联社5月11日电,从许昌市工业和信息化局获悉,河南黄河旋风股份有限公司自主研发的“金刚石—碳化硅复合材料”项目取得重大阶段性成果,核心性能指标达到国际...

日期 2026-05-14   刀具新闻
岱勒新材加速金刚石线多元化布局 “消费电子+半导体”双轮驱动开启增长新周期

岱勒新材加速金刚石线多元化布局 “消费电子+半导体”双轮驱动开启增长新周期

​5月8日,长沙岱勒新材料科技股份有限公司(以下简称“岱勒新材”)召开2025年度业绩网上说明会,围绕业务转型、技术迭代及新领域拓展等核心议题回应投资者...

日期 2026-05-14   刀具新闻