Добавление тяжёлого водорода сделало кремний пригодным для квантового интернета

Международная группа учёных показала, что замена обычного водорода на его тяжёлый изотоп — дейтерий — внутри T-центра кремния увеличивает квантовую эффективность излучателя с менее чем 20% до предположительных 90-98%. Результаты опубликованы в марте 2026 года.

T-центр представляет собой дефект кристаллической решётки кремния: два атома углерода и один атом водорода. Под воздействием энергии он испускает одиночный фотон в телекоммуникационном O-диапазоне — том же, что используется в оптоволоконных сетях. Ранее T-центры считались неэффективными из-за безызлучательного распада: значительная часть энергии уходила в колебания атомов, а не в фотоны.

Исследователи использовали сверхчистый кремний, выращенный в рамках немецкого проекта «Авогадро». В образцах водород заменяли дейтерием — атомом вдвое тяжелее обычного. Измерения проводились при температуре ниже 4 кельвинов. Дейтерий снижает энергию колебаний связи углерод-водород, что подавляет нежелательный канал потери энергии.

Время жизни дейтерированного T-центра в возбуждённом состоянии оказалось в 5,4 раза больше по сравнению с обычным вариантом. Количество циклов возбуждения и излучения до необходимой перезагрузки выросло примерно в 300 раз, что делает возможным однократное считывание электронного спина.

Компания Photonic Inc уже интегрирует дейтерированный T-центр в собственные разработки. Следующий этап исследований — изучение всех возможных изотопных конфигураций T-центра для уточнения связи между колебательной структурой и оптическими свойствами.

Источник: Interesting Engineering