Pesquisadores do Departamento de Física Aplicada da Universidade de Tsukuba demonstraram efeitos óticos não lineares de segunda ordem em diamantes tirando vantagem dos defeitos do centro de cor interno que quebram a simetria de inversão do cristal de diamante. Esta pesquisa pode levar a comunicações mais rápidas na Internet, computadores totalmente ópticos, e até mesmo abrir uma rota para tecnologias de sensoriamento quântico de próxima geração.

A tecnologia de fibra óptica atual usa pulsos de luz para transferir dados de largura de banda larga que permitem que você verifique seu e-mail, Ver vídeos, e tudo mais na Internet. A principal desvantagem é que os pulsos de luz dificilmente interagem uns com os outros, portanto, as informações devem ser convertidas em sinais elétricos para permitir que o computador as controle. Um sistema "totalmente óptico" com processamento lógico baseado em luz seria muito mais rápido e eficiente. Isso exigiria novos, materiais ópticos não lineares fáceis de fabricar que podem mediar a combinação ou divisão de fótons.

Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Tsukuba mostrou que os diamantes sintéticos podem exibir uma resposta não linear de segunda ordem. Anteriormente, os cientistas pensaram que a natureza simétrica de inversão da estrutura do cristal de diamante só poderia suportar os mais fracos, efeitos ópticos não lineares de ordem ímpar, que dependem da amplitude do campo elétrico elevado à potência de três, cinco, e assim por diante. Mas a equipe mostrou que os diamantes podem suportar efeitos ópticos não lineares de segunda ordem quando os centros de cores - os chamados centros de vacância de nitrogênio (NV) - são introduzidos. Nesses casos, dois átomos de carbono adjacentes na estrutura rígida do diamante são substituídos por um átomo de nitrogênio e um vazio. Isso quebra a simetria de inversão e permite que processos não lineares de ordem par ocorram, que incluem resultados mais úteis que escalam como o campo elétrico ao quadrado. "Nosso trabalho nos permite produzir poderosos efeitos ópticos não lineares de segunda ordem, como geração de segundo harmônico e efeito eletro-óptico, em diamantes a granel, ", disse o autor sênior, Professor Muneaki Hase.

A equipe usou diamantes de cristal único depositados por vapor químico (da Element Six), com íons de nitrogênio extras implantados para estimular a formação de centros NV. O espectro de emissão que eles observaram quando os diamantes foram excitados com luz de 1350 nm mostrou nítidos picos harmônicos de segunda e terceira ordem (Figura 1). Essas observações representam a fusão de dois ou três fótons, respectivamente, em um único fóton de alta energia. "Além de novos dispositivos fotônicos, efeito óptico não linear de segunda ordem por centros NV em diamantes pode ser usado como a base da detecção quântica de campos eletromagnéticos, "diz o primeiro autor, Dr. Aizitiaili Abulikemu. Como os diamantes já são usados ​​em aplicações industriais, eles têm a vantagem de serem relativamente fáceis de aplicar a usos ópticos.