Los investigadores de la Universidad de Macquarie han hecho que un solo diamante diminuto brille intensamente a temperatura ambiente, un comportamiento conocido como superradiancia.

Esto es importante porque los nanodiamantes tienen el potencial de usarse en todo tipo de dispositivos, como brújulas diminutas para la navegación, en imágenes biomédicas y para crear potencialmente mejores células solares.

Hasta la fecha, lo que ha estado frenando estas aplicaciones es que anteriormente la superradiancia solo se había visto a temperaturas muy bajas o en muestras muy grandes. Esta es la primera vez que se ve en diamantes.

La investigación del Laboratorio de nanociencia de diamantes de Macquarie se publicó esta noche en Comunicaciones de la naturaleza .

El líder de la investigación, el Dr. Thomas Volz, dice que el equipo ahora está interesado en fabricar nanodiamantes más brillantes que se puedan usar en aplicaciones biomédicas. como para rastrear las vías de administración de fármacos en el laboratorio.

"Puedes unir medicamentos a los nanodiamantes, y luego use el pulso concentrado de luz enviado por el nanodiamante para rastrear hacia dónde va el medicamento en la muestra, " él dice.

Los nanodiamantes que envían un estallido de luz más brillante serán captados más fácilmente por el detector, y los diamantes diminutos son mucho menos tóxicos que algunos de los otros marcadores de drogas que usamos hoy.

Los nanodiamantes también tienen usos potenciales en la navegación.

Actúan como agujas de brújula diminutas y muy sensibles y emitirán más o menos luz dependiendo de cómo estén alineadas con el campo magnético de la Tierra.

Cuando los nanodiamantes producen pulsos de luz más brillantes, este efecto se amplifica.

Este comportamiento podría usarse para desarrollar sensores magnéticos que determinarían la ubicación de una aeronave, por ejemplo, cartografiando dónde se encuentra en relación con el campo magnético de la Tierra en lugar de hacerlo por satélite.

En el futuro, podrían usarse para crear mejores células solares, invirtiendo el efecto de superradiancia para que los nanodiamantes absorban más luz, mas rapido.

El equipo ya ha demostrado el potencial de los nanodiamantes para usarse como sensores de escaneo ultrapequeños para observar los procesos que ocurren dentro de las células vivas.

En un artículo publicado el año pasado en Física de la naturaleza demostraron que los nanodiamantes superradiantes (que son tan pequeños como una milésima parte del ancho de un cabello humano) se pueden atrapar y mover mejor utilizando luz láser enfocada o pinzas ópticas diminutas que los no superradiantes.

La causa de este comportamiento es la misma que hace que los nanodiamantes produzcan estos brillantes pulsos de luz:defectos en su red cristalina, en este caso, los átomos de nitrógeno vecinos de los sitios vacíos anidados dentro de la estructura de carbono repetida.

Defectos similares son los que dan su tono a los diamantes de colores.

"El diamante es un material, una jaula para lo que esta pasando adentro, "Thomas explica.

Cuando estos centros de vacantes de nitrógeno dentro del entramado de diamantes trabajan juntos, al unísono como una orquesta bien coordinada, se obtiene superradiancia, un estallido de luz más rápido y brillante de lo que de otro modo esperaría.

"La presencia de este comportamiento 'cooperativo' es interesante desde un punto de vista fundamental y será seguida por más estudios experimentales y teóricos, ", dice el profesor asociado Gavin Brennen, que supervisa la teoría del trabajo.

En particular, al equipo le gustaría averiguar cómo crear los nanodiamantes más brillantes posibles.

El Laboratorio de nanociencia de diamantes es parte del Grupo de aplicaciones y materiales cuánticos de la Universidad de Macquarie, y está financiado por el Centro de Excelencia del Consejo de Investigación de Australia para sistemas cuánticos de ingeniería.

La Universidad Macquarie tiene una sólida tradición en la investigación de materiales de diamantes con varios grupos que investigan láseres de diamante, crecimiento de diamantes, y procesamiento de nanodiamantes. También hay un grupo muy activo de investigadores que trabajan en ingeniería cuántica para nuevas tecnologías con diamantes y otros sistemas.