Um centro de vacância de nitrogênio (NV) é um defeito na estrutura cristalina do diamante, onde um átomo de nitrogênio substitui um átomo de carbono na rede do diamante e um local vizinho na rede fica vago. Este e outros defeitos fluorescentes no diamante, conhecidos como centros de cor, têm atraído a atenção dos pesquisadores devido às suas propriedades quânticas, como a emissão de fóton único em temperatura ambiente e com longo tempo de coerência. Suas muitas aplicações incluem codificação e processamento de informações quânticas e marcação de células em estudos biológicos.



A microfabricação em diamante é tecnicamente difícil, e nanodiamantes com centros de cor foram incorporados em estruturas personalizadas como forma de integrar esses emissores quânticos em dispositivos fotônicos. Um estudo realizado no Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo (IFSC-USP) no Brasil estabeleceu um método para isso, conforme descrito em artigo publicado na revista Nanomateriais .

“Demonstramos um método de incorporação de nanodiamantes fluorescentes em microestruturas projetadas para esse fim, utilizando a polimerização de dois fótons [2PP]”, disse Cleber Mendonça, professor do IFSC-USP e último autor do artigo, à Agência FAPESP. “Estudamos a concentração ideal de nanodiamante no fotorresistente para obter estruturas com pelo menos um centro NV fluorescente e boa qualidade estrutural e óptica.” O fotorresiste é um material sensível à luz usado no processo de fabricação para transferir padrões em nanoescala para o substrato.

Mendonça e seu grupo têm feito uso extensivo do 2PP para fabricar microestruturas tridimensionais. Simplificando, 2PP é uma técnica de escrita direta a laser na qual um feixe de laser de alta intensidade é focado em uma resina polimérica sensível à luz que ainda não solidificou para produzir a microestrutura de interesse.

No estudo, uma solução de nanodiamante em água deionizada foi adicionada à mistura de monômeros que compunham o fotorresistente e, após a conclusão de todos os procedimentos físico-químicos necessários, a microfabricação foi realizada submetendo a amostra a pulsos de um poderoso laser de titânio-safira controlado. por software dedicado para definir as coordenadas exatas do feixe.

"Medições de fluorescência e espectroscopia Raman foram usadas para confirmar a presença e localização dos nanodiamantes, enquanto as medições de absorbância avaliaram as perdas por espalhamento em concentrações mais altas. Nossos resultados mostram a viabilidade de fabricação de microestruturas incorporadas em nanodiamantes fluorescentes via 2PP para aplicações em fotônica e tecnologia quântica, " os autores escrevem no artigo.

O estudo fez parte do doutorado. pesquisa do primeiro autor Filipe Assis Couto, tendo Mendonça como orientador da tese.

Mais informações: Filipe A. Couto et al, Integrando Nanodiamantes Fluorescentes em Microestruturas Poliméricas Fabricadas por Polimerização de Dois Fótons, Nanomateriais (2023). DOI:10.3390/nano13182571
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