A pesar de su encanto y atractivo, los diamantes rara vez son perfectos. Tienen pequeños defectos que, a la profesora asistente Nathalie de Leon, hazlos siempre tan atractivos. Estos errores del tamaño de un átomo tienen un enorme potencial en las tecnologías de imágenes de alta resolución y líneas de comunicación seguras.

"Históricamente, la gente llamaba a estos defectos 'centros de color' porque cuando iluminas un diamante ves que vuelven un montón de bonitos colores, "dijo de Leon, quien es designado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica. Quiere aprovechar las propiedades de estos defectos para obtener imágenes de moléculas y proteínas.

Un diamante es una red de átomos de carbono muy unida. Al expulsar uno de los carbonos y agregar un átomo de nitrógeno cercano, los investigadores pueden crear un defecto conocido como "centro de color de vacantes de nitrógeno". El átomo de nitrógeno y los enlaces que cuelgan alrededor del átomo de carbono faltante forman una especie de molécula dentro de un área pequeña de la red del diamante. Esta zona del diamante actúa como un oasis verde en medio de un desierto, mostrando propiedades muy diferentes al resto del material.

De Leon está trabajando en el uso de un centro de color de vacantes de nitrógeno cerca de la superficie de un diamante para capturar imágenes de moléculas. El enfoque aprovecha una propiedad del defecto conocida como "espín, "que es análogo al impulso de una peonza. Estos giros interactúan con el campo magnético de la molécula, que varía de una parte de la molécula a otra. Las señales de estas interacciones se pueden recopilar y procesar para crear una imagen que tenga una resolución espacial muy alta, lo suficientemente alta como para obtener una imagen de una sola molécula de ADN.

Para que esto funcione, la única señal que emana de la superficie del diamante tiene que ser la del centro de color. Pero esa es una hazaña difícil como en el momento en que el diamante se expone al aire, sus átomos de superficie se adhieren a las moléculas que flotan alrededor. Más lejos, cortar o pulir uno de los materiales más duros del mundo trae otros defectos no deseados a la superficie.

Todas estas señales adicionales nublan la medición. De hecho, cuando los investigadores intentan eliminar los defectos no deseados de un pulido inicial, inadvertidamente crean más defectos que de nuevo deben eliminarse. "Tienes un problema con el mouse, para que sueltes a los gatos, y tienes un problema con los gatos, entonces sueltas a los perros. Simplemente sigue adelante ", dijo de Leon. Encontrar formas de mejorar la superficie del diamante es un área de investigación en curso, y de Leon tiene la esperanza de que una combinación de tratamientos químicos y un ambiente de alta pureza pueda ser suficiente.

Centros de color para la comunicación

Si bien estos centros de color pueden eventualmente servir como sensores para aplicaciones biológicas, también pueden ser la base de nuevas redes de comunicación, aquellas que harían imposible la escucha a escondidas.

En los sistemas de comunicación cuántica, un fisgón no podría leer un mensaje sin alterar inmediatamente su estado, exponiendo así el intento de fisgonear en el mensaje. También sería imposible copiar un mensaje cuántico.

Hacer que las señales sean lo suficientemente robustas para viajar largas distancias ha estancado el desarrollo de tecnologías cuánticas, dijo de Leon. Ella está trabajando para construir un "repetidor" que pueda aumentar la señal y enviarla a través de un cable hasta que llegue a su destino. Esto requeriría un material capaz de crear memorias cuánticas. El material almacenaría y recuperaría la señal original para impulsar la señal a través de los cables.

"Lo que buscamos es el corazón de este repetidor cuántico, ", dijo de Leon. Su equipo descubrió recientemente un candidato para tal corazón:un defecto dentro de un diamante en forma de un gran átomo de silicio flotando entre dos agujeros en la red.

Resulta que este defecto tiene muy buenas propiedades de carga y luz, dos ingredientes necesarios para una buena memoria cuántica. El defecto también es más resistente a la interferencia de campos eléctricos del medio ambiente que otros enfoques.