В кристалле завёлся тихий вор: учёные выяснили, куда пропадает свет будущих квантовых приборов

Представьте, что вы направляете лазерный луч в крошечную неоднородность внутри кристалла — например, в алмазе или карбиде кремния. Ожидаемое: атомная дефектная структура поглощает фотон, электрон переходит в возбуждённое состояние, а затем "возвращает" энергию, излучая свет обратно в пространство. Однако в реальности этот цикл не всегда завершается фотоэлектрическим откликом. Часть энергии может рассеяться в виде тепловых колебаний атомов решётки, не превратившись в полезный сигнал. Этот процесс, называемый внутренней конверсией (internal conversion), долгое время оставался "серой зоной" в расчётах свойств спиновых дефектов — ключевых элементов будущих квантовых сенсоров.
Именно здесь раскрывается главный факт, изменивший понимание задачи: расчёты группы Галли (Giulia Galli) из Школы молекулярной инженерии при Чикагском университете (UChicago PME) показали, что внутренняя конверсия вносит значительно больший вклад в время жизни возбуждённого тройного состояния двучерной вакансии (divacancy) в карбиде кремния, чем считалось ранее.
Включение этого механизма позволило устранить длительное несоответствие между теоретическими прогнозами и экспериментальными данными. Для других дефектов, таких как азотно-вакансионный центр (NV-центр) в алмазе, результаты подтвердили существующие модели: там внутренняя конверсия вносит малый вклад при тройных состояниях, но доминирует при синглетных. Но главное — теперь есть рабочий инструмент для точного предсказания этого распада для любых материалов.