Direkte udskrivning af nanodiamanter på kvanteniveau

Diamant nanokrystaller, nemlig nanodiamanter, som er vært for punktdefekter såsom nitrogen-vacancy (NV) centre, er et lovende kvantemateriale.

Et centralt krav for at realisere praktiske anvendelser er placeringen af ​​individuelle NV-centre på integrerede kredsløb. Dette er afgørende for implementering af kvanteteknologier, hvilket fører til en række spændende muligheder og nye områder såsom kvantecomputere, kvantekommunikation og kvantemetrologi.

Der er dog stadig behov for en fleksibel, universel rute for at opnå nanoskala nøjagtighed, skalerbarhed, omkostningseffektivitet og effektiv kobling med en bred vifte af nanofotoniske kredsløb.

Adskillige metoder, såsom den sofistikerede "pick-and-place" nanomanipulationstilgang, er blevet udtænkt til at placere nanodiamanterne med NV-centre på forskellige substrater og kredsløb. Denne forudsætning lider dog fortsat af grov positioneringsnøjagtighed, lav gennemstrømning og proceskompleksitet.

Holdet ledet af Dr. Ji Tae Kim fra Department of Mechanical Engineering og Dr. Zhiqin Chu fra Electrical and Electronic Engineering ved University of Hong Kong (HKU) har udviklet en nano-præcisionsudskrivningsmetode for nitrogen-ledig stilling (NV) centrer i diamant på kvanteniveau, der opfylder de teknologiske krav.

Denne nye tilgang er praktisk og omkostningseffektiv og baner vejen for fremstilling af enheder til kvanteinformationsbehandling, kvantecomputere og biosensing-enheder.

Forskningsresultatet er blevet offentliggjort i Advanced Science i en artikel med titlen "On-Demand, Direct Printing of Nanodiamonds at the Quantum Level."

NV-centret er en punktdefekt i diamantgitteret og er den mest almindelige defekt i nanodiamanter. Det er dukket op som et kraftcenter for kvantesystemer på grund af deres robuste kvantetilstande selv ved stuetemperatur, mens andre kvantesystemer såsom superledende kvanteinterferensanordninger kun kan fungere ved kryogene temperaturer, dvs. fra -150 grader C (-238 grader F) til absolut nul (-273 grader C eller -460 grader F).

Specifikt giver denne atom-lignende, solid state-enhed med dens optisk adresserbare spin-frihedsgrader nøglefunktionaliteterne til at fungere som kvantebit og/eller kvantesensor i solid-state kvanteprocessorer.

'Diamant er det hårdeste materiale, så det er svært at fremstille'

Forskerne har udviklet en innovativ måde at tackle dette problem på. De har brugt elektrisk dispensering af nanodiamantfyldte væskedråber med sub-attoliter (<10 ^-18 liter) volumen til placering af NV-centre direkte på universelle underlag.

"Så vidt vi ved, viser den udviklede teknik for første gang sub-bølgelængde positionsnøjagtighed, enkelt-defekt-niveau kvantitetskontrol og freeform mønster kapaciteter, der opfylder de teknologiske krav, som markerer et betydeligt gennembrud i fremstillingen af ​​kvanteenheder ," sagde Dr. Chu Zhiqin. + Udforsk yderligere

Tiden med enkelt-spin farvecentre i siliciumcarbid nærmer sig