Grave dybt ned i diamanter, fysikere fremmer kvantevidenskab og teknologi

Ved at oprette diamantbaserede nanotrådeenheder, et team på Harvard har taget endnu et skridt i retning af at muliggøre applikationer baseret på kvantevidenskab og teknologi.

Den nye enhed tilbyder en lys, stabil kilde til enkeltfotoner ved stuetemperatur, et vigtigt element i at lave hurtig og sikker computing med let praktisk.

Fundet kan føre til en ny klasse af nanostrukturerede diamantenheder, der er egnede til kvantekommunikation og computing, samt forskudsområder lige fra biologisk og kemisk sansning til videnskabelig billeddannelse.

Udgivet i 14. februar udgave af Naturnanoteknologi, forskere ledet af Marko Loncar, Lektor i elektroteknik ved Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), fandt ud af, at ydeevnen for en enkelt fotonkilde baseret på en lysemitterende defekt (farvecenter) i diamant kunne forbedres ved nanostrukturering af diamanten og indlejring af defekten i en diamantnanotråd.

Videnskabsfolk, faktisk, begyndte først at udnytte egenskaberne af naturlige diamanter efter at have lært, hvordan man manipulerer elektronspind, eller iboende vinkelmoment, forbundet med kvælstofets vakuum (NV) farvecenter i perlen. Kvante (qubit) tilstand kan initialiseres og måles ved hjælp af lys.

Farvecentret "kommunikerer" ved at udsende og absorbere fotoner. Strømmen af ​​fotoner udsendt fra farvecentret giver et middel til at transportere den resulterende information, foretager kontrol, fange, og opbevaring af fotoner, der er afgørende for enhver form for praktisk kommunikation eller beregning. Samler fotoner effektivt, imidlertid, er svært, da farvecentre er indlejret dybt inde i diamanten.

"Dette udgør et stort problem, hvis du vil interface et farvecenter og integrere det i virkelige applikationer, "forklarer Loncar." Der manglede en grænseflade, der forbinder nano-verdenen i et farvecenter med makroverdenen af ​​optiske fibre og linser. "

Diamond nanowire -enheden tilbyder en løsning, giver en naturlig og effektiv grænseflade til at undersøge et individuelt farvecenter, gør den lysere og øger dens følsomhed. De resulterende forbedrede optiske egenskaber øger fotonopsamlingen med næsten en faktor ti i forhold til naturlige diamantindretninger.

"Vores nanotrådsenhed kan kanalisere de udsendte fotoner og dirigere dem på en bekvem måde, "siger hovedforfatter Tom Babinec, en kandidatstuderende på SEAS.

Yderligere, diamantnanotråden er designet til at overvinde forhindringer, der har udfordret andre state-of-the-art systemer-såsom dem, der er baseret på fluorescerende farvestofmolekyler, kvanteprikker, og carbon nanorør-da enheden let kan replikeres og integreres med en række forskellige nanobearbejdede strukturer.

Forskerne brugte en top-down nanofabrikationsteknik til at integrere farvecentre i en række bearbejdede strukturer. Ved at oprette store enhedsarrays frem for bare "one-of-a-kind" designs, realisering af kvante netværk og systemer, som kræver integration og manipulation af mange enheder parallelt, er mere sandsynligt.

"Vi betragter dette som et vigtigt skridt og muliggør teknologi mod mere praktiske optiske systemer baseret på denne spændende materialeplatform, "siger Loncar." Startende med disse syntetiske, nanostrukturerede diamantprøver, vi kan begynde at drømme om de diamantbaserede enheder og systemer, der en dag kan føre til applikationer inden for kvantevidenskab og teknologi samt til sansning og billeddannelse. "