AZ 
Daha ağır hidrogen, kvant şəbəkələri üçün silikon T mərkəzlərini daha parlaq edir
İnqrid Fadelli tərəfindən , Phys.org
Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib
Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin
İzotopik cəhətdən təmiz silikon nümunəsi, maye heliuma batırılmış, əks etdirici cibdə. Müəllif: Kazemi və başqaları.
Kvant texnologiyaları, kompüterlər və ya kvant mexaniki effektlərindən istifadə edərək işləyən digər cihazlar işığın və maddənin dəqiq idarə olunmasına əsaslanır. Son onilliklər ərzində kvant fizikləri və materialşünaslar fotonları (yəni işıq hissəciklərini) etibarlı şəkildə yarada bilən və beləliklə, kvant texnologiyaları yaratmaq üçün istifadə edilə bilən sistemlər müəyyən etməyə çalışırlar.
Fotonların yaradılması üçün bir yanaşma, ortaya çıxan T mərkəzi kimi silikon rəng mərkəzlərinə əsaslanır. Rəng mərkəzləri, atomların fərqli düzülüşü ilə xarakterizə olunan silikonun kristal quruluşundakı qüsurlar və ya qeyri-bərabərliklərdir.
T mərkəzi və digər silikon rəng mərkəzləri, fiber-optik internet kabelləri tərəfindən artıq istifadə edilən dalğa uzunluğu zolağında işıq saça bilər ki, bu da kvant şəbəkələrinin və kvant rabitə sistemlərinin inkişafı üçün arzuolunandır.
Simon Fraser Universiteti, Photonic Inc. və ABŞ Hərbi Dəniz Qüvvələri Tədqiqat Laboratoriyasındakı tədqiqatçılar göstərir ki, T mərkəzlərində daha ağır hidrogen izotoplarından istifadə sistemin işıq yaymazdan əvvəl enerjili qalma müddətini artıra bilər ki, bu da öz növbəsində T mərkəzinin tək foton generasiya səmərəliliyini artırır. Onların Physical Review Letters jurnalında dərc olunmuş məqaləsi daha parlaq və daha etibarlı tək foton mənbələri üçün yol aça bilər və kvant texnologiyalarının inkişafına təkan verə bilər.
Məqalənin həmmüəllifi Moein Kazemi Phys.org-a bildirib ki, “Son bir neçə ildir ki, biz işıq saça bilən silikonda atom miqyaslı qüsurlar olan silikon rəng mərkəzlərini öyrənirik”.
“Silikon qəfəsində iki karbon atomundan və bir hidrogen atomundan ibarət olan T mərkəzi müxtəlif izotop formalarında istehsal oluna bilər. Məsələn, hidrogen ya adi, daha yüngül izotop (protium), ya da daha nadir, daha ağır izotop (deuterium) ola bilər.”Silisiumdakı kvant rəng mərkəzlərini öyrənmək üçün istifadə edilən optik təcrübənin bir hissəsi. Müəllif: Kazemi və başqaları.
Protium və deuterium, nüvəsində fərqli sayda neytron olan hidrogenin fərqli versiyalarıdır (yəni izotoplardır). Bu iki izotop fərqli kütlələrə malik olduqları üçün, T mərkəzi kimi silikon qüsurlarında bir qədər fərqli optik keçidlərə səbəb ola bilərlər.
Kazemi bildirib ki, “Tarixən bu izotopdan asılı dəyişikliklər rəng mərkəzlərinin atom quruluşunu daha yaxşı başa düşmək üçün güclü bir vasitə kimi istifadə edilmişdir”.
Yeni kəşf edilmiş nəhəng izotop effekti
Simon Fraser Universitetinin komandası bir neçə ildir ki, kvant şəbəkələri və paylanmış kvant hesablamalarının reallaşdırılması üçün silikon T mərkəzinin potensialını araşdırır. Bu mərkəz kvant texnologiyası platforması kimi bu yaxınlarda ortaya çıxdığı üçün onun əsas fizikası hələ də tam başa düşülməyib.
“Məsələn, bu işdən əvvəl T mərkəzinin şüalanma olmadan (foton yaymadan) parçalana biləcəyi, lakin necə parçalandığı məlum deyildi”, məqalənin həmmüəllifi Daniel Higginbottom dedi. “Bu nəticə təsadüfən tələbəm Moein Kazemi-nin M mərkəzi adlanan oxşar silikon rəng mərkəzi üzərindəki işindən başladı.”Məqalənin əsas həmmüəllifləri Moein Kazemi (solda) və Mehdi Keşavarz (sağda).
Əvvəlki tədqiqatlarının bir hissəsi olaraq, Kazemi və Mehdi Keşavarz (məqalənin həmmüəlliflərindən biri) müxtəlif karbon və hidrogen izotoplarından istifadə edərək M mərkəz nümunələri hazırlamışdılar. O, nəticədə yaranan rəng mərkəzlərinin həyəcanlanmış hal ömrünün istifadə olunan izotopdan asılı olaraq dəyişdiyini və bu təsirin əvvəllər heç vaxt bildirilmədiyini aşkar etdi.
Higginbottom izah etdi: “Biz eyni effektin T mərkəzi üçün də mövcud ola biləcəyini anladıq, ona görə də Moein və Mehdi T mərkəzinin izotop variantlarının ömrünü ölçməyə başladılar. Onların aşkar etdikləri çox təəccüblü idi: onlar deyterasiya olunmuş T mərkəzinin həyəcanlanmış vəziyyət ömrünün daha çox yayılmış protium variantından 5,4 dəfə böyük olduğunu müşahidə etdilər. Bu, M mərkəzi üçün müşahidə edilən fərqdən daha böyük idi.”
Tədqiqatçılar deuterium T mərkəzinin ömrünün qeyri-radiasiya çürüməsi olmadığı təqdirdə müşahidə edilə biləcək ömrün təxminən eyni olduğunu aşkar etdilər və bu da bu rəng mərkəzinin çox səmərəli bir emitter olduğunu göstərir.
Bu müşahidə, kvant yaddaşları və çeviricilər kimi T mərkəzlərinə əsaslanan kvant texnologiyalarının gələcək inkişafına, eləcə də T mərkəzinə əsaslanan kvant prosessorlarının interfeysinə istiqamət verə bilər.
Higginbottom dedi: “Bu iş mm ölçülü, izotopik cəhətdən təmiz silikon nümunələrində T mərkəz ansambllarının spektroskopiyası ilə aparılmışdır”.
“Laboratoriyamız on illərdir ki, həmkarım və həmmüəllif, dünyanın aparıcı silikon spinləri və emitentləri üzrə mütəxəssislərindən biri olan professor Mayk Tevalt sayəsində bu texnikalarda təcrübə qazanıb. T mərkəzinin müxtəlif izotop variantlarını optik olaraq həll etmək üçün izotopik olaraq təmiz silikon və 4K-dan aşağı temperatur tələb olunur və toplu ölçü ansamblları sürətli xarakteristika üçün çox yüksək səviyyəli siqnal təmin edir.”Silikon Kvant Texnologiyaları (SQT) qrupu. Prof. Mayk Tevolt (ən solda) və Dr. Daniel Hiqqinbottom (ən sağda).
Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .
Komandanın təcrübələri
Higginbottom, Kazemi, Keshavarz və həmkarları üç fərqli T mərkəzi nümunəsi yaratdılar. Birincisi, dominant protium T mərkəzi variantına malik təbii karbon və hidrogen izotoplarından ibarət idi.
İkinci nümunə qəsdən deuteriumla diffuziya edildi və bu da deuteriya edilmiş T mərkəzini dominant varianta çevirdi. Üçüncü nümunə karbon-13 ilə zənginləşdirildi və bu da T mərkəzinin bir neçə fərqli karbon izotop konfiqurasiyasını yaratdı.
Higginbottom dedi: “Silikon nümunələrimiz Nikolay Abrosimovun rəhbərlik etdiyi Almaniyadakı IKZ-dəki əməkdaşlarımız tərəfindən yetişdirilib. Onlar bu qabiliyyəti Avogadro layihəsi üçün təmiz silikon kürələrindən istifadə edərək kq-ı yenidən təyin etmək üçün inkişaf etdiriblər – lakin eyni material silikon emitentlərini öyrənmək üçün çox faydalıdır. Onlar bizə müxtəlif karbon izotop paylanmasına malik xüsusi təyinatlı nümunələr yetişdiriblər.”
T mərkəzləri yaratmaq üçün tədqiqatçılar istehsal etdikləri üç nümunəni şüalandıraraq yüksək enerjili hissəciklərə məruz qoydular. Daha sonra onları nəzarət edilən bir temperatura qədər qızdırdılar və soyutdular ki, bu da tavlama adlanır.
Komanda daha sonra nümunələri işığı əks etdirən və mümkün qədər çox yayılan fotonu toplayan kiçik tutacaqların içinə yerləşdirdi. Daha sonra nümunələri son dərəcə aşağı temperaturda saxlamaq üçün maye helium və ya helium buxarına batırdılar və burada kvant xüsusiyyətlərini daha etibarlı şəkildə ölçə bildilər.
Higginbottom dedi: “Maraq doğuran emissiya xətlərini Furye çevirmə infraqırmızı spektrometri ilə fotolüminesans spektroskopiyası ilə tapırıq. Bu həssas aparat bizə CH lokal vibrasiya rejimlərinin ilk ölçmələrini aparmağa imkan verdi və CH uzanma rejiminin deyterasiya olunmuş T mərkəzində daha aşağı enerjiyə malik olduğunu və (buna görə də) bu rejim vasitəsilə vibrasiya çürüməsini basdırmalı olduğunu təsdiqlədi.”
Tədqiqatçılar yaratdıqları müxtəlif T mərkəzlərinin həyəcanlanmış vəziyyət ömürlərini ölçmək üçün yüksək dəqiqlikli lazerdən istifadə etdilər və onun rəngi müəyyən bir T mərkəzinin növünü hədəf almaq üçün diqqətlə tənzimləndi. Bu, onlara eyni anda müxtəlif izotop variantlarını həyəcanlandırmağa və onların ömürlərini ölçməyə imkan verdi.
Higginbottom dedi: “Ömürləri impulslu rezonans həyəcanı ilə ölçdük, ardınca isə zamanla həll olunan tək fotonlu detektorlarla fotonların gəliş müddətlərini ölçdük”.
“Silikon emitentləri və silikon rəng mərkəzləri uzun müddət laqeyd qaldı, qismən də almaz kimi kristallardakı rəng mərkəzləri ilə müqayisədə onların səmərəsiz olduğuna inanılması səbəbindən. Əgər deyteriasiya olunmuş T mərkəzinin 90%-dən çox səmərəli olduğuna inanırıqsa, bu, silikonun səmərəli rəng mərkəzlərinə sahib ola biləcəyinin ən yaxşı sübutudur.”
Gələcək tədqiqatlar üçün yollar
Higginbottom, Kazemi və həmkarları tərəfindən aparılan təcrübələr onlara T mərkəzlərində enerji itkisinin əsas səbəbini aşkar etməyə imkan verdi. Xüsusilə, onlar enerjinin rəng mərkəzinin içərisindəki karbon-hidrogen rabitəsinin spesifik titrəməsi yolu ilə itirildiyini və bu titrəmənin həyəcanlanmış vəziyyəti işıq yaymadan rahatlamağa sövq etdiyini aşkar etdilər.
Higginbottom izah etdi ki, “Radiasiya olunmayan parçalanma sürətinin hidrogen izotopundan nəhəng asılılığı göstərir ki, qeyri-radiasiya parçalanma prosesi T mərkəzinin CH rabitəsinin lokal vibrasiya rejimi olmalıdır”.
“ABŞ Hərbi Dəniz Tədqiqat Laboratoriyasından olan əməkdaşlarımız Mark Turiansky və John Lyons bu parçalanma prosesini modelləşdirdilər və vibrasiya parçalanmasının modelləşdirilməsi üçün standart “qəbul rejimi” yanaşmasının bu halda tamamilə uğursuz olduğunu aşkar etdik. Yalnız CH uzanma rejimini nəzərə alaraq çox sadə alternativ ansatzın təcrübəyə olduqca yaxşı uyğun gəldiyini və güclü izotop asılılığını əks etdirdiyini göstəririk.”
Komandanın ilk sadələşdirilmiş modelə əsaslanan ilkin qiymətləndirmələri göstərir ki, deyterasiya olunmuş T mərkəzinin səmərəliliyi 98%-dən çox ola bilər. Hazırda Turiansky yalnız bir deyil, bir neçə atom titrəməsini əhatə edən daha tam nəzəri model üzərində işləyir.
Müəlliflər bildiriblər ki, “Sənaye tərəfdaşımız Photonic Inc. də daxil olmaqla, dünyanın hər yerindən komandalar T mərkəzini kvant şəbəkələri və kvant hesablamaları üçün platforma kimi inkişaf etdirirlər”.
“Daha səmərəli T mərkəzi daha səmərəli dolaşıqlıq paylanması və daha yüksək performanslı kvant cihazları deməkdir. Xüsusilə, deuterləşdirilmiş T mərkəzinin səmərəliliyi “optik tsikliklik” adlanan şeyi artırmalıdır: elektron spin kubitinin optik həyəcanlanma ilə dəyişməməsi ehtimalı.”
Tədqiqatçılar, yaratdıqları deyterasiya olunmuş T mərkəzinin, yenidən qurulmadan əvvəl protium T mərkəzindən təxminən 300 dəfə çox əsas və həyəcanlanmış vəziyyətləri arasında optik olaraq dövr edə biləcəyini təxmin etdilər. Bu, onu qabaqcıl və yüksək sürətli kvant texnologiyalarının inkişafı üçün perspektivli edir.
Higginbottom bildirib ki, “T mərkəzinin emissiya ömrü elektron spininin tək atışlı oxunuşunu mümkün edir və T mərkəzlərində kvant əməliyyatlarını sürətləndirə bilər”.
“Nəticəmizdən görünür ki, əvvəllər öyrənilən protium T mərkəzləri əvəzinə deyterium T mərkəzi ilə işləmək geniş mənada faydalıdır. Sənaye tərəfdaşımız Photonic Inc…. bu irəliləyişi birbaşa öz tədqiqat və inkişaf boru kəmərinə tətbiq edə bildi. Bu, kəşfiyyat elminin sənaye ilə necə birləşə biləcəyinin əla nümunəsidir.”
Ümumilikdə, tədqiqatçılar tərəfindən toplanan tapıntılar göstərir ki, T mərkəzlərinin yerli vibrasiya rejimləri onların qeyri-radiasiya çürüməsində mühüm rol oynayır. Gələcək işlər izotop variantları ilə bu silikon rəng mərkəzlərinin emissiya səmərəliliyi arasındakı əlaqəni daha da araşdırmaq üçün qrupun müşahidələrinə əsaslana bilər.
Kazemi bildirib ki, “Növbəti addım olaraq, T mərkəzinin bütün mümkün izotop variantları üzrə fundamental vibrasiya rejimlərinin hərtərəfli tədqiqini aparırıq. Bu ölçmələr bizə rəng mərkəzinin vibrasiya strukturunun onun optik xüsusiyyətlərinə necə təsir etdiyini daha dəqiq anlamağa imkan verəcək.”
Eyni zamanda, Higginbottom-un tədqiqat qrupu T mərkəzlərini nanofotonik və elektron sxemlərlə birləşdirən cihazlar hazırlayır.
Növbəti bir neçə il ərzində onlar Vankuverdə Higginbottom və Prof. Tomas Jenneweinin rəhbərliyi altında həyata keçirilən kvant şəbəkəsində T-mərkəzli cihazların mərkəz kimi istifadəsini uğurla nümayiş etdirməyə ümid edirlər.
Higginbottom əlavə edib ki, “Bu platforma 10 km-dən çox yerləşdirilən optik lif üzərində dolaşıqlığın paylanmasına və təhlükəsiz kvant rabitəsinə imkan verəcək. T mərkəzi optik telekommunikasiya O-diapazonuna təbii şəkildə yayıldığı üçün bu cür uzun məsafəli kvant şəbəkələri üçün çox uyğundur”.
“Moein və Mehdinin deyterləşdirilmiş T mərkəzlərinin ölçmələrinə əsasən, laboratoriyadakı bütün T mərkəz cihazlarımızı deyteriuma yüksəltmək prosesindəyik.”
Müəllifimiz İnqrid Fadelli tərəfindən sizin üçün yazılmış, Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Egan tərəfindən faktlar yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmişdir — bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik ianə etməyi düşünün (xüsusilə aylıq). Təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .
Nəşr detalları
Moein Kazemi və digərləri, Silikon T Mərkəzinin həyəcanlanmış vəziyyətinin ömrünə və emissiya səmərəliliyinə nəhəng izotop təsiri, Fiziki icmal məktubları (2026). DOI: 10.1103/4mpw-664z . ArXiv -də : DOI: 10.48550/arxiv.2510.23862
Jurnal məlumatları: Fiziki İcmal Məktubları , arXiv
Əsas anlayışlar
silikonKvant rabitəsi, protokollar və texnologiya
© 2026 Science X Network
