Импульсные однофотонные источники с электрической накачкой на основе центров окраски в карбиде кремния

Проект направлен на разработку истинно однофотонных источников излучения с электрической накачкой на основе центров окраски в широкозонных полупроводниках генерирующих одиночные фотоны по требованию при комнатной температуре для задач квантовых коммуникаций, квантовых вычислений и метрологии. В рамках проекта будет впервые исследована генерация однофотонных импульсов, т.е. оптических импульсов содержащих строго один фотон, центрами окраски в карбид кремниевых p-i-n диодах при возбуждении диодов короткими электрическим импульсами. Центры окраски в карбиде кремния на сегодня представляются наиболее перспективной платформой для создания ярких однофотонных источников излучения с электрической накачкой. Уникальные свойства этих точечных дефектов в кристаллической решетке позволяют работать с ними при комнатной и даже более высоких температурах, что выгодно отличает их от других квантовых систем, которые требуют криостаты и холодильники. Они характеризуются высокой фотостабильностью и способны излучать более 10^7 фотонов в секунду при электрической накачке, если эти дефекты создать в i-область карбид кремниевого p-i-n диода. Яркость этих излучателей более чем на порядок превосходит все другие известные однофотонные излучатели при комнатной температуре и электрической накачке. Однако на сегодняшний день проводились исследования только по стационарному возбуждению центров окраски постоянным электрическим током. Несмотря на то, что они дают однофотонное излучение, фотоны генерируются в случайные моменты времени, что не подходит для большинства задач. На практике обычно требуется генерировать одиночные фотоны по требованию. Иными словами однофотонный источник должен генерировать фотоны в заданные моменты времени, которые обычно определяются путем подачи на однофотонный источник сигнала. В случае электрической накачки центра окраски это равносильно генерации однофотонных оптических импульсов при импульсном электрическом возбуждении. Данный режим ранее не рассматривался ни теоретически, ни экспериментально. Именно на исследование возможности генерировать одиночные фотоны по требованию при электрической накачке и направлен данный проект.