Российские физики разработали детектор одиночных фотонов, работающий при комнатной температуре
Лазерные технологии, Лазеры в науке, Сделано в России 29.09.2021 Комментарии к записи Российские физики разработали детектор одиночных фотонов, работающий при комнатной температуре отключеныРоссийские физики под руководством профессора «Сколтеха» Павлоса Лагудакиса выяснили, что полимерные полупроводники можно использовать для создания дешевых детекторов одиночных фотонов. Их особенность — способность работать даже при комнатной температуре.
«Быстрое развитие органической поляритоники в последние годы открыло дорогу для создания полностью оптических логических схем, работающих при комнатной температуре. Наши опыты продемонстрировали возможность их работы на уровне одиночных частиц света», — пишут исследователи.
Работа новейшего детектора основана на появлении в толще полупроводникового материала так называемых экситон-поляритонов. Ранее считалось, что такие структуры существуют лишь при сверхнизких температурах, близких к абсолютному нулю, однако несколько лет назад российские физики показали, что они могут возникать и при комнатной температуре. Тогда же был создан первый лазер на основе этих квазичастиц.
Ученые под руководством Павлоса Лагудакиса уже долгое время работают над созданием на основе экситон-поляритонов своеобразного оптического аналога транзисторов, способного менять свои свойства в зависимости от количества поступающих фотонов. Недавно эту идею удалось реализовать на практике при помощи полимерного материала MeLPPP, молекулы которого особенно эффективно взаимодействуют со светом. Тонкий слой из этого органического полупроводника вставили в пространство между двумя миниатюрными зеркалами из кварца и оксида таллия.
Затем конструкцию подсветили лазером, чтобы выяснить, как она отреагирует на импульсы излучения разной мощности. Выяснилось, что созданная физиками структура меняет свойства даже в ответ на одну частицу света. По мнению ученых, это связано с тем, что квазичастицы внутри полупроводникового материала находятся в особом состоянии, свойства которого сходны с конденсатом Бозе-Эйнштейна. При взаимодействиях со светом это своеобразное «облако» ведет себя как один гигантский атом, при этом характер взаимодействий различается в зависимости от числа фотонов. Это позволяет отследить попадание внутрь материала даже одной частицы света. Все это позволяет использовать материал как дешевый детектор небольших групп фотонов, а также как сверхбыстрый и чувствительный оптический транзистор. Результаты первых экспериментов раскрыты в статье в журнале Nature.
