I ricercatori hanno scoperto che i densi insiemi di spin quantistici possono essere creati nel diamante ad alta risoluzione utilizzando un microscopio elettronico, aprendo la strada a sensori e risorse potenziati per le tecnologie quantistiche.

I diamanti sono fatti di atomi di carbonio in una struttura cristallina, ma se un atomo di carbonio viene sostituito con un altro tipo di atomo, questo si tradurrà in un difetto reticolo. Uno di questi difetti è l'azoto-vacanza (NV), dove un atomo di carbonio è sostituito da un atomo di azoto, e il suo vicino manca (al suo posto rimane uno spazio vuoto).

Se questo difetto è illuminato con un laser verde, in risposta emetterà luce rossa (fluorescenza) con una caratteristica interessante:la sua intensità varia a seconda delle proprietà magnetiche nell'ambiente. Questa caratteristica unica rende il centro NV particolarmente utile per misurare campi magnetici, imaging magnetico (RMI), e l'informatica e l'informazione quantistiche.

Per produrre rivelatori magnetici ottimali, la densità di questi difetti dovrebbe essere aumentata senza aumentare il rumore ambientale e danneggiare le proprietà del diamante.

Ora, scienziati del gruppo di ricerca di Nir Bar-Gill presso il Racah Institute of Physics e Department of Applied Physics dell'Università Ebraica di Gerusalemme, in collaborazione con il Prof. Eyal Buks del Technion - Israel Institute of Technology, hanno dimostrato che densità ultra-alte di centri NV possono essere ottenute mediante un semplice processo di utilizzo di fasci di elettroni per espellere gli atomi di carbonio dal reticolo.

Questo lavoro, pubblicato sulla rivista scientifica Lettere di fisica applicata , è una continuazione del precedente lavoro sul campo, e dimostra un miglioramento delle densità dei centri NV in una varietà di tipi di diamanti. L'irradiazione viene eseguita utilizzando un microscopio a fascio di elettroni (Transmission Electron Microscope o TEM), che è stato appositamente convertito per questo scopo. La disponibilità di questo dispositivo nei centri di nanotecnologia in molte università in Israele e nel mondo consente questo processo con un'elevata precisione spaziale, rapidamente e semplicemente.

Le densità potenziate dei centri colore NV ottenute, pur mantenendo le loro proprietà quantistiche uniche, prefigurare futuri miglioramenti nella sensibilità delle misurazioni magnetiche del diamante, così come direzioni promettenti nello studio della fisica dello stato solido e della teoria dell'informazione quantistica.

I centri colore Nitrogen Vacancy (NV) mostrano proprietà straordinarie e uniche, compresi lunghi tempi di coerenza a temperatura ambiente (~ ms), inizializzazione ottica e lettura, e controllo coerente delle microonde.

"Questo lavoro è un importante trampolino di lancio verso l'utilizzo dei centri NV nel diamante come risorse per le tecnologie quantistiche, come il rilevamento avanzato, simulazione quantistica e potenziale elaborazione quantistica delle informazioni", disse Bar-Gill, un Assistant Professor presso il Dipartimento di Fisica Applicata e Racah Institute of Physics presso l'Università Ebraica, dove ha fondato la Quantum Information, Laboratorio di simulazione e rilevamento.

"La particolarità del nostro approccio è che è molto semplice e diretto, " ha affermato il ricercatore dell'Università Ebraica Dima Farfurnik. "Si ottengono concentrazioni di NV sufficientemente elevate che sono appropriate per molte applicazioni con una procedura semplice che può essere eseguita internamente".