В настоящее время во многих областях науки и техники используются манипуляции с единственными фотонами света, к таким областям сразу можно отнести области квантовых вычислений, квантового управления, квантовой криптографии и коммуникаций. Но, к сожалению, процесс излучения света в виде единичных фотонов требует использования специальных наноматериалов, находящихся при сверхнизких температурах. Однако, группа исследователей, в состав которой вошли ученые и исследователи из Японии, Германии и Венгрии, создала на основе алмаза сложное полупроводниковое устройство, весьма напоминающее по структуре светодиод, которое способно излучать единственные фотоны света, причем, при комнатной температуре.

Алмаз, как и графит, графен и фуллерены, является одной из форм углерода. Но, в отличие от графена, чистый алмаз является электрическим изолятором. Искусственное введение в кристаллическую решетку алмаза примесей других элементов может в корне изменить электрические свойства кристалла. К примеру, примесь бора, применяемая доля получения алмазов синего цвета, фосфора или азота, окрашивающего алмаз в желтый цвет, изменяют электрические свойства алмаза от диэлектрических на полупроводниковые.

Доктор Н. Мизуочи с коллегами скомбинировал в структуре полупроводникового светоизлучающего прибора три вида алмаза с различными примесями, имеющими различную полупроводниковую проводимость. В качестве положительного полупроводника выступал алмаз с примесью азота, который создавал так называемую азотную вакансию. Светоизлучающий полупроводниковый прибор состоит из алмазных полупроводников n-, p-типа и прослойки чистого алмаза, разделяющего электроды из сплава золота, платины и титана (Au/Pt/Ti). В обычных светодиодах после излучения фотона света происходит процесс рекомбинации электронов и дырок в полупроводниках различных типов. Этот процесс идет постоянно, поэтому светодиод излучает непрерывный поток света. В новом алмазном светодиоде только один фотон света излучается точно из местоположения азотной вакансии, которая имеет постоянное местоположение.

Благодаря такой сложной структуре этот полупроводниковый прибор оказался в состоянии излучать единичные фотоны света под воздействием проходящего через него электрического тока. Физический механизм излучения света весьма напоминает на механизм излучения света в обычных светодиодах (light-emitting diode, LED), но за счет деталей строения полупроводниковой структуры прибора и нетрадиционных использованных материалов весь этот светоизлучающий прибор признан прибором совершенно нового типа.

Сами исследователи ведут себя очень осторожно с точки зрения теоретического объяснения полученного ими же эффекта, видимо они сами еще не до конца понимают все процессы, происходящие в созданной структуре. Но в любом случае, данное изобретение имеет огромную важность в связи с тем, что новый прибор является первым в мире полупроводниковым прибором, способных излучать единичные фотоны света при комнатной температуре. Сейчас же эта группа ученых работает над совершенствованием созданного прибора, используя нанопроводники, они собираются оптимизировать распределение тока внутри структуры, что должно приблизить характеристики алмазного светодиода к характеристикам светодиодов на квантовых точках.