Al crear dispositivos de nanocables basados ​​en diamantes, un equipo de Harvard ha dado un paso más para hacer posibles las aplicaciones basadas en la ciencia y la tecnología cuánticas.

El nuevo dispositivo ofrece una brillante, fuente estable de fotones individuales a temperatura ambiente, un elemento esencial para hacer que la informática rápida y segura con luz sea práctica.

El hallazgo podría conducir a una nueva clase de dispositivos de diamante nanoestructurados adecuados para la comunicación y la computación cuánticas. así como áreas avanzadas que van desde la detección biológica y química hasta la obtención de imágenes científicas.

Publicado en la edición del 14 de febrero de Nanotecnología de la naturaleza, investigadores dirigidos por Marko Loncar, Profesor Asistente de Ingeniería Eléctrica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard (SEAS), descubrió que el rendimiento de una sola fuente de fotones basada en un defecto emisor de luz (centro de color) en el diamante podría mejorarse nanoestructurando el diamante e incrustando el defecto dentro de un nanoalambre de diamante.

Científicos, De hecho, comenzó a explotar las propiedades de los diamantes naturales después de aprender a manipular el giro de los electrones, o momento angular intrínseco, asociado con el centro de color de la vacante de nitrógeno (NV) de la gema. El estado cuántico (qubit) se puede inicializar y medir con luz.

El centro de color "se comunica" emitiendo y absorbiendo fotones. El flujo de fotones emitidos desde el centro de color proporciona un medio para transportar la información resultante, haciendo el control, capturar, y almacenamiento de fotones esenciales para cualquier tipo de comunicación práctica o computación. Recopilación de fotones de manera eficiente, sin embargo, es difícil ya que los centros de color están incrustados profundamente dentro del diamante.

"Esto presenta un problema importante si desea interconectar un centro de color e integrarlo en aplicaciones del mundo real, "explica Loncar." Lo que faltaba era una interfaz que conecta el nano-mundo de un centro de color con el macro-mundo de fibras ópticas y lentes ".

El dispositivo de nanocables de diamante ofrece una solución, proporcionando una interfaz natural y eficiente para probar un centro de color individual, haciéndolo más brillante y aumentando su sensibilidad. Las propiedades ópticas mejoradas resultantes aumentan la colección de fotones en casi un factor de diez en relación con los dispositivos de diamantes naturales.

"Nuestro dispositivo de nanocables puede canalizar los fotones que se emiten y dirigirlos de una manera conveniente, "dice el autor principal Tom Babinec, estudiante de posgrado en SEAS.

Más lejos, el nanoalambre de diamante está diseñado para superar obstáculos que han desafiado a otros sistemas de vanguardia, como los basados ​​en moléculas de colorante fluorescente, puntos cuánticos, y nanotubos de carbono, ya que el dispositivo se puede replicar e integrar fácilmente con una variedad de estructuras nanomaquinadas.

Los investigadores utilizaron una técnica de nanofabricación de arriba hacia abajo para incrustar centros de color en una variedad de estructuras mecanizadas. Al crear matrices de dispositivos grandes en lugar de solo diseños "únicos", la realización de redes y sistemas cuánticos, que requieren la integración y manipulación de muchos dispositivos en paralelo, es más probable.

"Consideramos que este es un paso importante y habilita la tecnología hacia sistemas ópticos más prácticos basados ​​en esta emocionante plataforma de materiales, "dice Loncar." Comenzando con estos sintéticos, muestras de diamantes nanoestructurados, podemos empezar a soñar con los dispositivos y sistemas basados ​​en diamantes que algún día podrían conducir a aplicaciones en ciencia y tecnología cuánticas, así como en detección e imágenes ".