Små diamanter lyser vej for nye kvante -teknologier

Macquarie University forskere har fået en enkelt lille diamant til at skinne klart ved stuetemperatur, en adfærd kendt som superradiance.

Dette er vigtigt, fordi nanodiamanter har potentiale til at blive brugt i alle slags enheder, f.eks. minutkompass til navigation, i biomedicinsk billeddannelse og for potentielt at skabe bedre solceller.

Til dato er det, der har holdt disse applikationer tilbage, at superradiance tidligere kun er set ved meget lave temperaturer eller i meget store prøver. Det er første gang, det er set i diamanter.

Forskningen fra Macquaries Diamond Nanoscience Laboratory blev offentliggjort i aften i Naturkommunikation .

Forskningsleder Dr. Thomas Volz siger, at teamet nu er ivrige efter at lave lysere nanodiamanter, der kan bruges i biomedicinske applikationer, såsom at spore lægemiddelleveringsveje i laboratoriet.

"Du kan vedhæfte stoffer til nanodiamanter, og brug derefter den koncentrerede lyspuls sendt af nanodiamonden til at spore, hvor stoffet går i prøven, " han siger.

Nanodiamanter, der sender et lysere lysudbrud, bliver lettere opfanget af detektoren, og små diamanter er meget mindre giftige end nogle af de andre lægemiddelmarkører, vi bruger i dag.

Nanodiamonds har også potentielle anvendelser inden for navigation.

De fungerer som bittesmå og meget følsomme kompassnåle og udsender mere eller mindre lys afhængigt af, hvordan de er justeret til Jordens magnetfelt.

Når nanodiamanter producerer lysere lysimpulser, forstærkes denne effekt.

Denne adfærd kan bruges til at udvikle magnetiske sensorer, som f.eks. Kan beregne placeringen af ​​et fly, ved at kortlægge, hvor det er i forhold til Jordens magnetfelt frem for via satellit.

I fremtiden kan de bruges til at skabe bedre solceller, ved at vende superradiance -effekten, så nanodiamanter absorberer mere lys, hurtigere.

Teamet har allerede vist potentialet for, at nanodiamanter kan bruges som ultra små scanningssensorer til at se på de processer, der foregår inde i levende celler.

I et papir, der blev offentliggjort sidste år i Naturfysik de viste, at superradiant nanodiamanter (som er så små som en tusindedel af bredden af ​​et menneskehår) bedre kan fanges og flyttes rundt ved hjælp af fokuseret laserlys eller bittesmå optiske pincetter end ikke-superradiant.

Årsagen til denne adfærd er den samme som det, der får nanodiamanter til at producere disse lyse lyspulser - defekter i deres krystalgitter, i dette tilfælde ligger nitrogenatomer tilstødende ledige steder indlejret i den gentagne carbonstruktur.

Lignende fejl er, hvad der giver farvede diamanter deres nuance.

"Diamant er et materiale, et bur for det, der sker indeni, ”Forklarer Thomas.

Når disse kvælstof-ledige centre inden for diamantgitteret arbejder sammen-på samme måde som et velkoordineret orkester-får du superradiance, et hurtigere og lysere lysudbrud, som du ellers ville forvente.

"Tilstedeværelsen af ​​denne" kooperative "adfærd er interessant fra et grundlæggende synspunkt og vil blive fulgt op med yderligere eksperimentelle og teoretiske undersøgelser, "siger lektor Gavin Brennen, der fører tilsyn med teorien om arbejdet.

I særdeleshed, holdet vil gerne finde ud af, hvordan man skaber de mest lysstærke nanodiamanter.

Diamond Nanoscience Laboratory er en del af Quantum Materials and Applications Group ved Macquarie University, og er finansieret af Australian Research Council Center of Excellence for Engineered Quantum Systems.

Macquarie University har en stærk tradition inden for forskning i diamantmaterialer med flere grupper, der undersøger diamantlasere, diamantvækst, og nanodiamondbehandling. Der er også en meget aktiv gruppe forskere, der arbejder med kvanteteknik til nye teknologier med diamant og andre systemer.