I ricercatori della Macquarie University hanno fatto brillare un singolo minuscolo diamante a temperatura ambiente, un comportamento noto come superradianza.

Questo è importante perché i nanodiamanti hanno il potenziale per essere utilizzati in tutti i tipi di dispositivi, come minuscole bussole per la navigazione, nell'imaging biomedico e per creare potenzialmente migliori celle solari.

Ad oggi, ciò che ha frenato queste applicazioni è che la superradianza è stata precedentemente osservata solo a temperature molto basse o in campioni molto grandi. Questa è la prima volta che è stato visto in diamanti.

La ricerca del Diamond Nanoscience Laboratory di Macquarie è stata pubblicata stasera in Comunicazioni sulla natura .

Il leader della ricerca, il dott. Thomas Volz, afferma che il team è ora desideroso di realizzare nanodiamanti più luminosi che possano essere utilizzati in applicazioni biomediche, tali da tracciare i percorsi di somministrazione dei farmaci in laboratorio.

"Puoi attaccare farmaci ai nanodiamanti, e poi usa l'impulso di luce concentrato emesso dal nanodiamante per tracciare dove sta andando il farmaco nel campione, " lui dice.

I nanodiamanti che emettono un'esplosione di luce più brillante verranno rilevati più facilmente dal rilevatore, e i minuscoli diamanti sono molto meno tossici di alcuni degli altri marcatori di farmaci che usiamo oggi.

I nanodiamanti hanno anche potenziali usi nella navigazione.

Si comportano come aghi di bussola minuscoli e molto sensibili ed emettono più o meno luce a seconda di come sono allineati con il campo magnetico terrestre.

Quando i nanodiamanti producono impulsi di luce più luminosi, questo effetto viene amplificato.

Questo comportamento potrebbe essere utilizzato per sviluppare sensori magnetici che potrebbero determinare la posizione di un aereo, ad esempio, mappando dove si trova in relazione al campo magnetico terrestre piuttosto che via satellite.

In futuro potrebbero essere utilizzati per creare celle solari migliori, invertendo l'effetto di superradianza in modo che i nanodiamanti assorbano più luce, più velocemente.

Il team ha già mostrato il potenziale dei nanodiamanti da utilizzare come sensori di scansione ultra piccoli per osservare i processi in corso all'interno delle cellule viventi.

In un articolo pubblicato l'anno scorso in Fisica della natura hanno dimostrato che i nanodiamanti superradianti (che sono piccoli quanto un millesimo della larghezza di un capello umano) possono essere intrappolati e spostati meglio usando la luce laser focalizzata o minuscole pinzette ottiche rispetto a quelli non superradianti.

La causa di questo comportamento è la stessa che fa sì che i nanodiamanti producano questi impulsi luminosi luminosi:difetti nel loro reticolo cristallino, in questo caso atomi di azoto vicini a siti vuoti annidati all'interno della struttura ripetitiva del carbonio.

Difetti simili sono quelli che danno ai diamanti colorati la loro tonalità.

"Il diamante è un materiale, una gabbia per ciò che sta accadendo dentro, "Spiega Tommaso.

Quando questi centri di azoto vacanti all'interno del reticolo di diamanti lavorano insieme - all'unisono come un'orchestra ben coordinata - si ottiene una super radianza, un'esplosione di luce più rapida e brillante che altrimenti ti aspetteresti.

"La presenza di questo comportamento 'cooperativo' è interessante da un punto di vista fondamentale e sarà seguita da ulteriori studi sperimentali e teorici, ", afferma il professore associato Gavin Brennen che supervisiona la teoria per il lavoro.

In particolare, il team vorrebbe capire come creare i nanodiamanti più brillanti possibili.

Il Diamond Nanoscience Laboratory fa parte del Quantum Materials and Applications Group della Macquarie University, ed è finanziato dall'Australian Research Council Center of Excellence for Engineered Quantum Systems.

La Macquarie University ha una forte tradizione nella ricerca sui materiali diamantati con diversi gruppi che studiano i laser al diamante, crescita del diamante, e lavorazione del nanodiamante. C'è anche un gruppo molto attivo di ricercatori che lavorano sull'ingegneria quantistica per nuove tecnologie con diamanti e altri sistemi.