Una muestra de diamante iluminada por luz verde en un microscopio hecho a medida. La muestra se coloca en un soporte especial, dentro de una placa de circuito impreso, utilizado para entregar microondas que permiten manipulaciones cuánticas y detección magnética con los NV. Crédito:Yoav Romach
Los investigadores han descubierto que se pueden crear conjuntos densos de espines cuánticos en diamantes con alta resolución utilizando microscopios electrónicos. allanando el camino para sensores y recursos mejorados para tecnologías cuánticas.
Los diamantes están hechos de átomos de carbono en una estructura cristalina, pero si un átomo de carbono se reemplaza por otro tipo de átomo, esto resultará en un defecto de celosía. Uno de esos defectos es el nitrógeno vacante (NV), donde un átomo de carbono es reemplazado por un átomo de nitrógeno, y falta su vecino (queda un espacio vacío en su lugar).
Si este defecto se ilumina con un láser verde, en respuesta, emitirá una luz roja (fluorescente) con una característica interesante:su intensidad varía en función de las propiedades magnéticas del entorno. Esta característica única hace que el centro NV sea particularmente útil para medir campos magnéticos, imágenes magnéticas (IRM), e información y computación cuántica.
Para producir detectores magnéticos óptimos, la densidad de estos defectos debe aumentarse sin aumentar el ruido ambiental y sin dañar las propiedades del diamante.
Ahora, científicos del grupo de investigación de Nir Bar-Gill en el Instituto Racah de Física y Departamento de Física Aplicada de la Universidad Hebrea de Jerusalén, en cooperación con el Prof.Eyal Buks del Technion - Instituto de Tecnología de Israel, han demostrado que las densidades ultraaltas de los centros NV se pueden obtener mediante un simple proceso de uso de haces de electrones para expulsar átomos de carbono de la red.
Los investigadores de la Universidad Hebrea Nir Bar-Gill y Dima Farfurnik con un microscopio magnético de diamante. Crédito:Nir Bar-Gill
Este trabajo, publicado en la revista científica Letras de física aplicada , es una continuación del trabajo previo en el campo, y demuestra una mejora en las densidades de los centros NV en una variedad de tipos de diamantes. La irradiación se realiza utilizando un microscopio de haz de electrones (Microscopio Electrónico de Transmisión o TEM), que se ha convertido específicamente para este propósito. La disponibilidad de este dispositivo en los centros de nanotecnología de muchas universidades de Israel y de todo el mundo permite este proceso con una alta precisión espacial. de forma rápida y sencilla.
Las densidades mejoradas de los centros de color NV obtenidos, manteniendo sus propiedades cuánticas únicas, presagian mejoras futuras en la sensibilidad de las mediciones magnéticas de diamantes, así como direcciones prometedoras en el estudio de la física del estado sólido y la teoría de la información cuántica.
Los centros de color Nitrogen Vacancy (NV) exhiben propiedades extraordinarias y únicas, incluyendo tiempos de coherencia prolongados a temperatura ambiente (~ ms), inicialización óptica y lectura, y control coherente de microondas.
Una cámara de muestra criogénica, con muestra de diamante montada sobre placa fría de cobre. Crédito:Yoav Romach
"Este trabajo es un importante trampolín hacia la utilización de los centros NV en diamantes como recursos para tecnologías cuánticas, como la detección mejorada, simulación cuántica y potencialmente procesamiento de información cuántica ", dijo Bar-Gill, un profesor asistente en el Departamento de Física Aplicada y el Instituto de Física Racah en la Universidad Hebrea, donde fundó la Información Cuántica, Laboratorio de simulación y detección.
"Lo que tiene de especial nuestro enfoque es que es muy simple y directo, ", dijo el investigador de la Universidad Hebrea Dima Farfurnik." Se obtienen concentraciones de NV suficientemente altas que son apropiadas para muchas aplicaciones con un procedimiento simple que se puede realizar internamente ".
