Impresión directa de nanodiamantes a nivel cuántico

(Noticias de Nanowerk) Un diamante es más que una gema bonita y, además, sus imperfecciones son más atractivas para los físicos. Los nanocristales de diamante, es decir, los nanodiamantes que albergan defectos puntuales como los centros de vacantes de nitrógeno (NV), se han convertido en uno de los materiales cuánticos más prometedores.

Un requisito central para la realización de aplicaciones prácticas es la ubicación arbitraria de centros NV individuales en circuitos integrados. Esto es fundamental para la implementación de tecnologías cuánticas, lo que lleva a una gama de posibilidades interesantes y áreas emergentes como la computación cuántica, las comunicaciones cuánticas y la metrología cuántica.

Sin embargo, todavía existe una gran demanda de una ruta universal y flexible para lograr precisión, escalabilidad, rentabilidad y acoplamiento eficiente a nanoescala con una variedad de circuitos nanofotónicos.

Varios métodos como Se han desarrollado técnicas como el sofisticado enfoque de nanomanipulación de «seleccionar y colocar» para colocar los nanodiamantes con centros NV en varios sustratos y circuitos. Sin embargo, este requisito todavía adolece de una baja precisión de posicionamiento, un bajo rendimiento y una complejidad del proceso.

El equipo que rodea al Dr. Ji Tae Kim del Departamento de Ingeniería Mecánica y el Dr. Zhiqin Chu, de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad de Hong Kong (HKU), ha desarrollado un proceso de impresión de nanoprecisión para centros de vacantes de nitrógeno (NV) en diamantes a nivel cuántico y cumple con los requisitos tecnológicos. Impresión de nanoprecisión de nanodiamantes con centro NV utilizando la nueva tecnología. (Imagen: Universidad de Hong Kong)

Este enfoque novedoso es práctico y económico, allanando el camino para la fabricación de dispositivos de procesamiento de información cuántica, computación cuántica y dispositivos de biodetección.

El trabajo de investigación fue publicado en ciencia avanzada («On-Demand, Direct Printing of Nanodiamonds at the Quantum Level») y aparece en la contraportada del Journal. Se ha presentado una patente estadounidense para la invención.

El centro NV es un defecto puntual en la red de diamantes y el defecto más común en los nanodiamantes. Se ha convertido en una potencia para los sistemas cuánticos debido a sus sólidos estados cuánticos incluso a temperatura ambiente, mientras que otros sistemas cuánticos, como los dispositivos superconductores de interferencia cuántica, solo pueden funcionar a temperaturas criogénicas, es decir, desde −150 °C (−238 F) hasta el cero absoluto. (−273 °C o -460 F).

En particular, este dispositivo de estado sólido similar a un átomo con sus grados de libertad de espín direccionables ópticamente proporciona las funcionalidades clave para servir como bit cuántico y/o sensor cuántico en procesadores cuánticos de estado sólido. Printed NV se centra en el nivel cuántico. a) Imagen de fluorescencia confocal. b) Funciones de correlación de segundo orden g(2)(τ) de los puntos fluorescentes correspondientes. c) Histograma de la distribución de números de los centros NV impresos por spot. (Imagen: Universidad de Hong Kong) (haga clic en la imagen para ampliar)

“El diamante es el material más duro, por lo que es difícil de producir” Los investigadores han desarrollado un método innovador para abordar este problema. Han demostrado el suministro eléctrico de gotas líquidas cargadas de nanodiamantes con subatolitros (<10−18litros) volumen para colocar centros NV directamente sobre sustratos universales.

«Hasta donde sabemos, la técnica desarrollada demuestra por primera vez precisión posicional de sublongitud de onda, control de cantidad de nivel de defecto único y capacidades de creación de patrones de forma libre, cumpliendo así con los requisitos tecnológicos que representan un gran avance en la fabricación de dispositivos cuánticos. «, dijo la Dra. Chu Zhiqin.