El azul brillante del Diamante Hope es causado por pequeñas impurezas en su estructura cristalina. Impurezas de diamantes similares también están dando esperanza a los científicos que buscan crear materiales que puedan usarse para la computación cuántica y la detección cuántica.

En una nueva investigación del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), los investigadores han creado membranas extremadamente delgadas de diamante puro. Sin embargo, en algunos lugares de la estructura cristalina de la membrana, el equipo sustituyó los átomos de carbono por otros átomos, en particular nitrógeno. Estos defectos se conectan con las vacantes atómicas vecinas, regiones donde falta un átomo, creando sistemas cuánticos inusuales conocidos como "centros de color". Dichos centros de color son sitios para almacenar y procesar información cuántica.

Equipados con una forma de crear membranas de diamante de forma económica y sencilla con centros de color robustos, los científicos de Argonne esperan construir una especie de línea de montaje para generar grandes cantidades de estas membranas para experimentos cuánticos en todo el mundo.

La capacidad de hacer crecer las membranas podría ser el boleto para mejorar la colaboración entre diferentes laboratorios dedicados a la ciencia de la información cuántica, dijo el estudiante graduado de la Universidad de Chicago Xinghan Guo, autor principal del estudio.

"Esencialmente, esperamos que esto eventualmente nos brinde la capacidad de convertirnos en una ventanilla única para materiales de detección cuántica", dijo Guo.

"Los defectos en el diamante son interesantes para nosotros porque pueden explotarse para aplicaciones cuánticas", dijo Nazar Delegan, científico de la división de Ciencia de Materiales de Argonne y la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago y colaborador de Q-NEXT. "Fabricar estas membranas nos permite integrar estos defectos con otros sistemas y posibilita nuevas configuraciones experimentales".

El diamante es mecánicamente duro, químicamente estable y generalmente caro; en otras palabras, es una especie de pesadilla científica, notoriamente difícil de fabricar e integrar. Al mismo tiempo, la estructura particular del diamante lo convierte en un excelente anfitrión para los centros de color que pueden almacenar información cuántica durante mucho tiempo, dijo Guo.

"Es muy difícil trabajar con el diamante convencional como sustrato", dijo. "Nuestras membranas son más delgadas y más accesibles para una amplia variedad de experimentos".

El nuevo material de diamante diseñado por los investigadores ofrece una mayor calidad de cristal y superficie, lo que permite un mayor control sobre la coherencia de los centros de color.

"Se puede quitar la membrana y ponerla en una amplia variedad de sustratos, incluso ponerla en una oblea de silicio. Es una forma barata, flexible y fácil de trabajar con centros de color sin tener que trabajar directamente con diamantes convencionales", dijo Guo. .

"Debido a que podemos controlar y mantener las propiedades cuánticas en defectos individuales dentro de estos materiales muy delgados, hace que esta plataforma sea prometedora como base para tecnologías cuánticas", dijo Delegan.

Un artículo basado en el estudio apareció en la edición en línea del 13 de diciembre de 2021 de Nano Letters . + Explora más

Impresión directa de nanodiamantes a nivel cuántico