Apesar de seu charme e fascínio, diamantes raramente são perfeitos. Eles têm pequenos defeitos que, à professora assistente Nathalie de Leon, torná-los sempre tão atraentes. Esses erros do tamanho de um átomo têm um enorme potencial em tecnologias para imagens de alta resolução e linhas de comunicação seguras.

"Historicamente, as pessoas chamam esses defeitos de "centros de cores" porque quando você ilumina um diamante, vê um monte de cores bonitas voltando, "disse de Leon, que é nomeado no Departamento de Engenharia Elétrica. Ela quer aproveitar as propriedades desses defeitos para formar moléculas e proteínas de imagem.

Um diamante é uma rede de átomos de carbono fortemente entrelaçada. Ao expulsar um dos carbonos e adicionar um átomo de nitrogênio próximo, os pesquisadores podem criar um defeito conhecido como "centro de cor com ausência de nitrogênio". O átomo de nitrogênio e as ligações pendentes em torno do átomo de carbono ausente formam uma espécie de molécula dentro de uma pequena área da rede do diamante. Esta área do diamante funciona como um oásis verdejante no meio de um deserto, exibindo propriedades muito diferentes do resto do material.

De Leon está trabalhando no uso de um centro de cor vazio de nitrogênio próximo à superfície de um diamante para capturar imagens de moléculas. A abordagem tira proveito de uma propriedade do defeito conhecida como "spin, "que é análogo ao momento de um pião. Esses spins interagem com o campo magnético da molécula, que varia de uma parte da molécula para outra. Os sinais dessas interações podem ser coletados e processados ​​para fazer uma imagem de alta resolução espacial - alta o suficiente para gerar imagens de uma única molécula de DNA.

Para que isso funcione, o único sinal que emana da superfície do diamante tem que ser o do centro da cor. Mas isso é uma façanha difícil, como no momento em que o diamante é exposto ao ar, os átomos da superfície se prendem às moléculas que flutuam. Avançar, cortar ou polir um dos materiais mais duros do mundo traz outros defeitos indesejados à superfície.

Todos esses sinais extras atrapalham a medição. Na verdade, quando os pesquisadores tentam remover os defeitos indesejados de um polimento inicial, eles inadvertidamente criam mais defeitos que novamente precisam ser removidos. "Você tem um problema com o mouse, então você solta os gatos, e voce tem um problema de gato, então você solta os cães. Ele continua indo, "De Leon disse. Encontrar maneiras de melhorar a superfície do diamante é uma área de pesquisa contínua, e de Leon está esperançoso de que uma combinação de tratamentos químicos e um ambiente de alta pureza possam resolver o problema.

Centros de cores para comunicação

Embora esses centros de cores possam eventualmente servir como sensores para aplicações biológicas, eles também podem ser a base para novas redes de comunicação - aquelas que tornariam a escuta impossível.

Em sistemas de comunicação quântica, um bisbilhoteiro não seria capaz de ler uma mensagem sem alterar imediatamente seu estado, expondo assim a tentativa de intrometer-se na mensagem. Também seria impossível copiar uma mensagem quântica.

Tornar os sinais robustos o suficiente para viajar longas distâncias paralisou o desenvolvimento de tecnologias quânticas, de Leon disse. Ela está trabalhando para construir um "repetidor" que pode impulsionar o sinal e encaminhá-lo por meio de um cabo até chegar ao seu destino. Isso exigiria um material capaz de fazer memórias quânticas. O material armazenaria e recuperaria o sinal original para impulsionar o sinal através dos cabos.

"O que estamos procurando é o coração deste repetidor quântico, "De Leon disse. Sua equipe descobriu recentemente um candidato para tal coração:um defeito dentro de um diamante na forma de um grande átomo de silício pairando entre dois orifícios na rede.

Acontece que este defeito tem propriedades de carga e luz muito boas, dois ingredientes necessários para uma boa memória quântica. O defeito também é mais resistente à interferência de campos elétricos do ambiente do que outras abordagens.