Pesquisadores da Universidade Macquarie fizeram um único diamante minúsculo brilhar intensamente em temperatura ambiente, um comportamento conhecido como superradiance.

Isso é importante porque os nanodiamantes têm potencial para serem usados ​​em todos os tipos de dispositivos, como bússolas de minutos para navegação, em imagens biomédicas e para potencialmente criar células solares melhores.

Até o momento, o que tem impedido essas aplicações é que a superradiância só era vista em temperaturas muito baixas ou em amostras muito grandes. Esta é a primeira vez que é vista em diamantes.

A pesquisa do Laboratório de Nanociência de Diamantes da Macquarie foi publicada hoje à noite em Nature Communications .

O líder de pesquisa, Dr. Thomas Volz, diz que a equipe agora está interessada em fazer nanodiamantes mais brilhantes que possam ser usados ​​em aplicações biomédicas, como para rastrear as vias de entrega de drogas no laboratório.

"Você pode anexar drogas a nanodiamantes, e, em seguida, usar o pulso concentrado de luz enviado pelo nanodiamante para rastrear onde a droga está indo na amostra, " ele diz.

Nanodiamonds que enviam uma explosão de luz mais brilhante serão mais facilmente detectados pelo detector, e diamantes minúsculos são muito menos tóxicos que alguns dos outros marcadores de drogas que usamos hoje.

Nanodiamonds também têm usos potenciais na navegação.

Eles agem como minúsculas e muito sensíveis agulhas de bússola e emitem mais ou menos luz dependendo de como estão alinhados com o campo magnético da Terra.

Quando os nanodiamantes estão produzindo pulsos de luz mais brilhantes, esse efeito é amplificado.

Este comportamento poderia ser usado para desenvolver sensores magnéticos que determinariam a localização de uma aeronave, por exemplo, mapeando sua localização em relação ao campo magnético da Terra, e não por satélite.

No futuro, eles podem ser usados ​​para criar células solares melhores, invertendo o efeito de superradiance para que os nanodiamantes absorvam mais luz, mais rapidamente.

A equipe já mostrou o potencial dos nanodiamantes para serem usados ​​como sensores de varredura ultrapequenos para observar os processos que acontecem dentro das células vivas.

Em um artigo publicado no ano passado em Física da Natureza eles mostraram que nanodiamantes superradiantes (que são tão pequenos quanto um milésimo da largura de um cabelo humano) podem ser melhor capturados e movidos usando luz laser focalizada ou pinças ópticas minúsculas do que os não superradiantes.

A causa desse comportamento é a mesma que faz com que os nanodiamantes produzam esses pulsos de luz brilhantes - defeitos em sua estrutura de cristal, neste caso, átomos de nitrogênio vizinhos a locais vazios aninhados na estrutura de carbono repetida.

Defeitos semelhantes são o que dá aos diamantes coloridos sua tonalidade.

"O diamante é um material, uma gaiola para o que está acontecendo dentro, "Thomas explica.

Quando esses centros de vacância de nitrogênio dentro da estrutura do diamante trabalham juntos - em uníssono como uma orquestra bem coordenada - você obtém superradiance, uma explosão de luz mais rápida e brilhante do que você esperaria.

“A presença deste comportamento 'cooperativo' é interessante de um ponto de vista fundamental e será acompanhada por mais estudos experimentais e teóricos, "diz o professor associado Gavin Brennen, que supervisiona a teoria do trabalho.

Em particular, a equipe gostaria de descobrir como criar os nanodiamantes mais brilhantes possíveis.

O Laboratório de Nanociência de Diamante faz parte do Grupo de Materiais e Aplicações Quânticas da Universidade Macquarie, e é financiado pelo Centro de Excelência do Conselho de Pesquisa Australiano para Sistemas Quânticos Projetados.

A Macquarie University tem uma forte tradição na pesquisa de materiais de diamante com vários grupos que investigam lasers de diamante, crescimento de diamante, e processamento de nanodiamantes. Há também um grupo muito ativo de pesquisadores trabalhando em engenharia quântica para novas tecnologias com diamante e outros sistemas.