A cor de um diamante vem de um defeito, ou "vaga, "onde há um átomo de carbono ausente na estrutura do cristal. As vagas têm sido de interesse dos pesquisadores de eletrônica porque podem ser usadas como 'nós quânticos' ou pontos que formam uma rede quântica para a transferência de dados. Uma das maneiras de introduzir um defeito em um diamante é implantando-o com outros elementos, como nitrogênio, silício, ou estanho. Em um estudo recente publicado em ACS Photonics , cientistas do Japão demonstram que os centros de vacância de chumbo no diamante têm as propriedades certas para funcionar como nós quânticos. "O uso de um átomo pesado do grupo IV como o chumbo é uma estratégia simples para obter propriedades superiores de spin em temperaturas elevadas, mas os estudos anteriores não foram consistentes na determinação das propriedades ópticas dos centros de vacância de chumbo com precisão, "diz o professor associado Takayuki Iwasaki do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech), quem conduziu o estudo.

As três propriedades críticas que os pesquisadores procuram em um nó quântico potencial são simetria, tempo de coerência do giro, e zero linhas de fonon (ZPLs), ou linhas de transição eletrônicas que não afetam "fônons, "os quanta das vibrações da rede cristalina. A simetria fornece uma visão sobre como controlar o spin (velocidade de rotação de partículas subatômicas como elétrons), coerência se refere a uma identidade na natureza ondulatória de duas partículas, e ZPLs descrevem a qualidade óptica do cristal.

Os pesquisadores fabricaram as vacâncias de chumbo em diamante e, em seguida, sujeitaram o cristal a alta pressão e alta temperatura. Eles então estudaram as vagas de chumbo usando espectroscopia de fotoluminescência, uma técnica que permite ler as propriedades ópticas e estimar as propriedades de spin. Eles descobriram que as vacâncias de chumbo tinham um tipo de simetria diedral, o que é apropriado para a construção de redes quânticas. Eles também descobriram que o sistema mostrava uma grande "divisão do estado fundamental, “uma propriedade que contribui para a coerência do sistema. Por fim, eles viram que o tratamento de alta pressão e alta temperatura que eles infligiram aos cristais suprimiu a distribuição não homogênea de ZPLs, recuperando o dano causado à estrutura do cristal durante o processo de implantação. Um cálculo simples mostrou que as vacâncias de chumbo tinham um longo tempo de coerência de spin a uma temperatura mais alta (9K) do que os sistemas anteriores com vacâncias de silício e estanho.

"A simulação que apresentamos em nosso estudo parece sugerir que o centro de vacância de chumbo provavelmente será um sistema essencial para a criação de uma interface quântica de matéria leve - um dos elementos-chave na aplicação de redes quânticas, "conclui um Dr. Iwasaki otimista.

Este estudo abre caminho para o desenvolvimento futuro de grandes (defeituosos) wafers de diamante e filmes finos (defeituosos) de diamante com propriedades confiáveis ​​para aplicações em redes quânticas.