O azul brilhante do Hope Diamond é causado por pequenas impurezas em sua estrutura cristalina. Impurezas semelhantes de diamante também estão dando esperança aos cientistas que procuram criar materiais que possam ser usados ​​para computação quântica e sensoriamento quântico.
Em uma nova pesquisa do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), os pesquisadores criaram membranas extremamente finas de diamante puro. Em alguns locais na estrutura cristalina da membrana, no entanto, a equipe substituiu átomos de carbono por outros átomos, principalmente nitrogênio. Esses defeitos se conectam a vacâncias atômicas vizinhas - regiões onde falta um átomo - criando sistemas quânticos incomuns conhecidos como "centros de cores". Esses centros de cores são locais para armazenar e processar informações quânticas.

Equipados com uma maneira barata e fácil de criar membranas de diamante com centros de cor robustos, os cientistas de Argonne esperam construir uma espécie de linha de montagem para gerar um grande número dessas membranas para experimentos quânticos em todo o mundo.

A capacidade de crescer as membranas pode ser o ingresso para melhorar a colaboração entre diferentes laboratórios dedicados à ciência da informação quântica, disse Xinghan Guo, estudante de pós-graduação da Universidade de Chicago, principal autor do estudo.

“Essencialmente, esperamos que isso nos dê a capacidade de nos tornarmos um balcão único para materiais de detecção quântica”, disse Guo.

“Os defeitos no diamante são interessantes para nós porque podem ser explorados para aplicação quântica”, disse Nazar Delegan, cientista da divisão de Ciência dos Materiais de Argonne e da Escola Pritzker de Engenharia Molecular da Universidade de Chicago e colaborador da Q-NEXT. "Fazer essas membranas nos permite integrar esses defeitos com outros sistemas e possibilita novas configurações experimentais."

O diamante é mecanicamente duro, quimicamente estável e geralmente caro – em outras palavras, é uma espécie de pesadelo científico, notoriamente difícil de fabricar e integrar. Ao mesmo tempo, a estrutura particular do diamante o torna um ótimo hospedeiro para centros de cores que podem armazenar informações quânticas por um longo tempo, disse Guo.

"O diamante convencional como substrato é super difícil de trabalhar", disse ele. "Nossas membranas são mais finas e mais acessíveis para uma ampla gama de experimentos."

O novo material de diamante formado pelos pesquisadores oferece maior qualidade de cristal e superfície, permitindo maior controle sobre a coerência dos centros de cor.

"Você pode descascar a membrana e colocá-la em uma ampla variedade de substratos, até mesmo em uma pastilha de silício. É uma maneira barata, flexível e fácil de trabalhar com centros de cores sem ter que trabalhar diretamente com diamante convencional", disse Guo. .

“Como somos capazes de controlar e manter as propriedades quânticas em defeitos individuais nesses materiais muito finos, isso torna essa plataforma promissora como base para tecnologias quânticas”, disse Delegan.

Um artigo baseado no estudo foi publicado na edição online de 13 de dezembro de 2021 da Nano Letters . + Explorar mais

Impressão direta de nanodiamantes no nível quântico