Un centro de nitrógeno vacante (NV) es un defecto en la estructura cristalina del diamante, donde un átomo de nitrógeno reemplaza a un átomo de carbono en la red del diamante y un sitio vecino en la red está vacante. Este y otros defectos fluorescentes del diamante, conocidos como centros de color, han llamado la atención de los investigadores debido a sus propiedades cuánticas, como la emisión de fotón único a temperatura ambiente y con un largo tiempo de coherencia. Sus numerosas aplicaciones incluyen la codificación y el procesamiento de información cuántica y el marcado celular en estudios biológicos.
La microfabricación de diamantes es técnicamente difícil, y se han incrustado nanodiamantes con centros de color en estructuras diseñadas a medida como una forma de integrar estos emisores cuánticos en dispositivos fotónicos. Un estudio realizado en el Instituto de Física São Carlos (IFSC-USP) de la Universidad de São Paulo, en Brasil, estableció un método para ello, como se describe en un artículo publicado en la revista Nanomaterials. .
"Demostramos un método para incrustar nanodiamantes fluorescentes en microestructuras diseñadas para ese fin, utilizando la polimerización de dos fotones [2PP]", dijo a Agência FAPESP Cleber Mendonça, docente del IFSC-USP y último autor del artículo. "Estudiamos la concentración ideal de nanodiamantes en el fotoprotector para lograr estructuras con al menos un centro NV fluorescente y buena calidad estructural y óptica". El fotorresistente es un material sensible a la luz que se utiliza en el proceso de fabricación para transferir patrones a nanoescala al sustrato.
Mendonça y su grupo han hecho un uso extensivo del 2PP para fabricar microestructuras tridimensionales. En pocas palabras, 2PP es una técnica de escritura láser directa en la que un rayo láser de alta intensidad se enfoca en una resina polimérica sensible a la luz que aún no se ha solidificado para producir la microestructura de interés.
En el estudio, se añadió una solución de nanodiamantes en agua desionizada a la mezcla de monómeros que componían el fotorresistente y, una vez completados todos los procedimientos fisicoquímicos necesarios, se realizó la microfabricación sometiendo la muestra a pulsos de un potente láser de titanio-zafiro controlado. mediante software dedicado para definir las coordenadas exactas del haz.
"Se utilizaron mediciones de fluorescencia y espectroscopía Raman para confirmar la presencia y ubicación de los nanodiamantes, mientras que las mediciones de absorbancia evaluaron las pérdidas por dispersión en concentraciones más altas. Nuestros resultados muestran la viabilidad de fabricar microestructuras incrustadas dentro de nanodiamantes fluorescentes a través de 2PP para aplicaciones de fotónica y tecnología cuántica". escriben los autores en el artículo.
El estudio fue parte del Ph.D. investigación del primer autor Filipe Assis Couto, con Mendonça como director de tesis.
Más información: Filipe A. Couto et al, Integración de nanodiamantes fluorescentes en microestructuras poliméricas fabricadas mediante polimerización de dos fotones, Nanomateriales (2023). DOI:10.3390/nano13182571
Proporcionado por la FAPESP
