Zvýšená extrakce světla z křemíkových vakancí polykrystalického diamantu s použitím fotonických krystalů

Křemíkové vakance jsou opticky aktivní centra v diamantu s úzkou luminiscenční čarou 738 nm, což je činí zajímavé z pohledu kvantové fotoniky a biosenzoriky. Nicméně extrakce světla z těchto center je limitována totálním odrazem. Nám se podařilo počítačovou simulací navrhnout a pak i připravit fotonické nanostruktury, tzv. 2D fotonické krystaly, které umožnily světlo z těchto vakancí nejen 14x zesílit, ale i usměrnit do požadovaného (kolmého) směru. Za tímto unikátním výsledkem stojí zejména efektivní spolupráce vědců ze tří různých oddělení Fyzikálního ústavu AV ČR.

2D fotonický krystal na polykrystalickém diamantu s efektivní extrakcí fotoluminiscence z křemíkových vakancí.

Na obrázku vlevo nahoře je náčrtek fotonické struktury v řezu. Pod ním je umístěn obrázek vyrobeného 2D fotonického krystalu získaný skenovacím elektronovým mikroskopem. Uprostřed je tzv. pásová struktura světelných modů dané struktury, demonstrující existenci vyvazovacího kanálu na vlnové délce 738 nm. Vpravo je srovnání fotoluminiscenčního spektra 2D fotonického krystalu a planární reference, které ukazuje 14násobné zvýšení intenzity fotoluminiscenčního signálu na 738 nm.

¹Institute of Physics, Czech Academy of Sciences, Cukrovarnická 10, 162 00 Prague 6, Czech Republic
²Faculty of Electrical Engineering, Czech Technical University in Prague, Technická 2, CZ-166 27, Prague 6, Czech Republic
³J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry, Academy of Sciences of the Czech Republic, v.v.i., Dolejškova 3, CZ-182 23, Prague 8, Czech Republic