El color de un diamante proviene de un defecto, o "vacante, "donde falta un átomo de carbono en la red cristalina. Las vacantes han sido de interés durante mucho tiempo para los investigadores en electrónica porque pueden usarse como 'nodos cuánticos' o puntos que forman una red cuántica para la transferencia de datos. Una de las formas de introducir un defecto en un diamante es implantarlo con otros elementos, como el nitrógeno, silicio, o estaño. En un estudio reciente publicado en Fotónica ACS , Los científicos de Japón demuestran que los centros de vacantes de plomo en el diamante tienen las propiedades adecuadas para funcionar como nodos cuánticos. "El uso de un átomo pesado del grupo IV como el plomo es una estrategia simple para lograr propiedades de giro superiores a temperaturas elevadas, pero los estudios anteriores no han sido consistentes en determinar con precisión las propiedades ópticas de los centros de vacantes de plomo, "dice el profesor asociado Takayuki Iwasaki del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), quien dirigió el estudio.

Las tres propiedades críticas que buscan los investigadores en un posible nodo cuántico son la simetría, girar el tiempo de coherencia, y cero líneas telefónicas (ZPL), o líneas de transición electrónicas que no afecten a los "fonones, "los cuantos de las vibraciones de la red cristalina. La simetría proporciona información sobre cómo controlar el giro (velocidad de rotación de partículas subatómicas como los electrones), La coherencia se refiere a una identidad en la naturaleza ondulatoria de dos partículas, y ZPL describen la calidad óptica del cristal.

Los investigadores fabricaron las vacantes de plomo en diamante y luego sometieron el cristal a alta presión y alta temperatura. Luego estudiaron las vacantes de plomo utilizando espectroscopía de fotoluminiscencia, una técnica que le permite leer las propiedades ópticas y estimar las propiedades de giro. Descubrieron que las vacantes de plomo tenían un tipo de simetría diedro, que es apropiado para la construcción de redes cuánticas. También encontraron que el sistema mostraba una gran "división del estado fundamental, "una propiedad que contribuye a la coherencia del sistema. Finalmente, vieron que el tratamiento de alta presión y alta temperatura que infligieron a los cristales suprimió la distribución no homogénea de ZPL al recuperar el daño hecho a la red cristalina durante el proceso de implantación. Un cálculo simple mostró que las vacantes de plomo tenían un tiempo de coherencia de espín largo a una temperatura más alta (9K) que los sistemas anteriores con vacantes de silicio y estaño.

“La simulación que presentamos en nuestro estudio parece sugerir que el centro de vacantes de plomo probablemente será un sistema esencial para crear una interfaz cuántica de luz y materia, uno de los elementos clave en la aplicación de redes cuánticas, "concluye un optimista Dr. Iwasaki.

Este estudio allana el camino para el futuro desarrollo de obleas de diamante grandes (defectuosas) y películas delgadas (defectuosas) de diamante con propiedades confiables para aplicaciones de redes cuánticas.