Dirigido por Justus Ndukaife, profesor asistente de ingeniería eléctrica, Los investigadores de Vanderbilt son los primeros en introducir un enfoque para atrapar y mover un nanomaterial conocido como un nanodiamante coloidal único con centro de nitrógeno vacante utilizando un rayo láser de baja potencia. El ancho de un solo cabello humano es de aproximadamente 90, 000 nanómetros; Los nanodiamantes tienen menos de 100 nanómetros. Estos materiales a base de carbono son uno de los pocos que pueden liberar la unidad básica de toda la luz, un solo fotón, un bloque de construcción para futuras aplicaciones de fotónica cuántica. Ndukaife explica.

Actualmente es posible atrapar nanodiamantes usando campos de luz enfocados cerca de superficies metálicas de tamaño nanométrico, pero no es posible moverlos de esa manera porque los puntos del rayo láser son simplemente demasiado grandes. Usando un microscopio de fuerza atómica, A los científicos les lleva horas colocar los nanodiamantes en su lugar uno a la vez cerca de un entorno que mejora las emisiones para formar una estructura útil. Más lejos, para crear fuentes entrelazadas y qubits, elementos clave que mejoran las velocidades de procesamiento de las computadoras cuánticas, se necesitan varios emisores de nanodiamantes juntos para que puedan interactuar para formar qubits, Dijo Ndukaife.

"Nos propusimos simplificar la captura y manipulación de nanodiamantes mediante un enfoque interdisciplinario, "Ndukaife dijo." Nuestra pinza, una pinza electrotermoplasmónica de baja frecuencia (LFET), combina una fracción de un rayo láser con un campo eléctrico de corriente alterna de baja frecuencia. Este es un mecanismo completamente nuevo para atrapar y mover nanodiamantes ". El proceso de horas se ha reducido a segundos, y LFET es la primera tecnología escalable de transporte y ensamblaje bajo demanda de su tipo.

El trabajo de Ndukaife es un ingrediente clave para la computación cuántica, una tecnología que pronto permitirá una gran cantidad de aplicaciones, desde imágenes de alta resolución hasta la creación de sistemas imposibles de piratear y dispositivos y chips de computadora cada vez más pequeños. En 2019, el Departamento de Energía invirtió $ 60,7 millones en fondos para avanzar en el desarrollo de la computación cuántica y las redes.

"El control de los nanodiamantes para producir fuentes de fotones individuales eficientes que se puedan utilizar para este tipo de tecnologías dará forma al futuro, ", Dijo Ndukaife." Para mejorar las propiedades cuánticas, es esencial acoplar emisores cuánticos como los nanodiamantes con centros de vacantes de nitrógeno para estructuras nanofotónicas ".

Ndukaife tiene la intención de seguir explorando los nanodiamantes, colocándolos en estructuras nanofotónicas diseñadas para mejorar su rendimiento de emisión. Con ellos en su lugar Este laboratorio explorará las posibilidades de las fuentes de fotones únicos ultrabrillantes y el entrelazamiento en una plataforma en chip para procesamiento de información e imágenes.

"Hay tantas cosas sobre las que podemos aprovechar esta investigación, ", Dijo Ndukaife." Esta es la primera técnica que nos permite manipular dinámicamente objetos individuales a nanoescala en dos dimensiones utilizando un rayo láser de baja potencia ".

El artículo, "Atrapamiento electrotermoplasmónico y manipulación dinámica de un nanodiamante coloidal único" se publicó en la revista Nano letras el 7 de junio y fue coautor de estudiantes graduados en el laboratorio de Ndukaife, Chuchuan Hong y Sen Yang, así como su colaborador, Ivan Kravchenko del Laboratorio Nacional de Oak Ridge.