Szanowni Państwo,
serdecznie zapraszamy na seminarium, które odbędzie się w środę, 24 czerwca, o godz. 12:15 w sali 111 Gmachu Fizyki.
W trakcie seminarium dr inż. Marak Maciaszek wygłosi referat pt.: „Modelowanie ab initio centrów barwnych w materiałach szerokoprzerwowych: w kierunku doskonalszej kontroli emiterów kwantowych”.
Seminarium jest związane z rozpoczęciem przed dr. Maciaszka postępowania habilitacyjnego.
Streszczenie wystąpienia znajdą Państwo poniżej.
Z poważaniem,
Jerzy Antonowicz
Mariusz Zdrojek
Rozwój technologii kwantowych wymaga opracowania metody otrzymywania wydajnych i niezawodnych emiterów pojedynczych fotonów. Jedną z bardziej obiecujących koncepcji jest wykorzystanie w tej roli centrów barwnych w ciałach stałych. Emisję pojedynczych fotonów z centrów barwnych zaobserwowano w wielu materiałach, ale najwięcej uwagi przyciągają emitery w diamencie, heksagonalnym azotku boru (hBN) oraz węgliku krzemu.
Stan badań nad emiterami w hBN i diamencie istotnie się różni. Emitery obserwowane w hBN dzieli się na cztery grupy w zależności od zakresu spektralnego aktywności optycznej - IR, czerwono-żółte, niebieskie oraz UV, jednak identyfikacja strukturalna jest znana jedynie odnośnie jednej z nich; w przypadku pozostałych grup pytanie o defekt odpowiedzialny za obserwowaną emisję pozostaje otwarte.
Emitery w hBN będące defektami punktowymi lub ich kompleksami powstają i funkcjonują nie w idealnym materiale, ale w otoczeniu innych defektów. Te inne defekty wpływają zarówno na powstawanie emiterów, dostarczając dla nich elementów składowych lub umożliwiając dyfuzję, jak i na ich funkcjonowanie, poprzez wpływ na poziom Fermiego, możliwy transfer ładunku lub własną emisję optyczną, która może zdominować widmo luminescencyjne. Konieczne jest więc zrozumienie nie tylko samych emiterów, ale też krajobrazu defektowego, w jakim emitery istnieją.
Wiedza na temat emiterów w diamencie jest znacznie bardziej zaawansowana – znana jest nie tylko ich identyfikacja strukturalna, ale też struktura elektronowa i niektóre charakterystyki optyczne. W przypadku centrów NV, trudnością w ich wykorzystywaniu jest mruganie lub gaśnięcie (szczególnie w nanodiamentach), spowodowane zmianą stanu ładunkowego pod wpływem światła, czyli fotojonizacją. Panowanie nad stanem ładunkowym wymaga więc lepszego zrozumienia fotojonizacji, w szczególności znajomości zakresów energii, w których konkretne procesy fotojonizacyjne są możliwe, przekrojów czynnych oraz szybkości procesów konkurencyjnych, które mogą być aktywne w podobnym zakresie spektralnym.
W ramach przedstawionych badań skupiono się na określeniu fizycznych warunków kontroli nad emiterami w materiałach szerokoprzerwowych: kontroli powstawania, stabilności oraz emisji optycznej. W przypadku hBN warunkiem wstępnym kontroli powstawania czy stabilności jest określenie identyfikacji strukturalnej emiterów. Zaproponowano struktury atomowe emiterów UV oraz niebieskich, a także określono zbiór możliwych defektów odpowiedzialnych za emisje w zakresie czerwono-żółtym. Ponadto, zbadano powstawanie defektów w hBN z węglem, tlenem lub wodorem oraz zaproponowano identyfikację innych centrów barwnych, wykazujących aktywność w okolicach 2 eV oraz 3,5 eV, o potencjalnym związku strukturalnym z emiterami IR i czerwono-żółtymi. Ponadto, zbadano procesy fotojonizacyjne centrów NV w diamencie, określając ich zakresy spektralne oraz przekroje czynne, zwracając także uwagę na procesy konkurencyjne (absorpcja i emisja wymuszona). Na koniec, zwracając uwagę na wysoki koszt obliczeniowy obliczeń ab initio dotyczących defektów w ciałach stałych, przedstawione zostaną wyniki badań na temat stosowalności funkcjonałów z rodziny SCAN do centrów barwnych w diamencie.