Un gruppo di ricerca della Facoltà di Fisica dell'Università Statale Lomonosov di Mosca ha allungato i cristalliti di diamante aciculari utilizzando un campo elettrico. La deformazione che si verifica durante l'allungamento provoca cambiamenti nello spettro di luminescenza. Questo effetto può essere utilizzato per sviluppare rilevatori di campo elettrico e altri dispositivi ottici quantistici. L'opera è stata pubblicata in Nano lettere .

Simile ad altri cristalli, i diamanti contengono sempre difetti strutturali. Alcuni di essi causano cambiamenti nella colorazione (assorbimento della luce) o nella luminescenza e sono chiamati centri di colore. Le caratteristiche specifiche di alcuni tipi di centri di colore nei diamanti li rendono adatti all'uso in dispositivi ottici quantistici come i qubit basati sull'entanglement degli stati quantistici dei fotoni. Per un diamante da utilizzare in tali dispositivi, la distanza tra i suoi singoli centri di colore dovrebbe essere di circa 30 nm.

Un gruppo di ricerca guidato da Alexander Obraztsov, docente del Dipartimento di Fisica dei Polimeri e dei Cristalli della Facoltà di Fisica, MSU, ha riportato un metodo per produrre in serie micro-aghi di diamante in studi precedenti. Questo metodo include la crescita di cristalliti di diamante come frazione dei film formati dalla deposizione chimica da vapore di metano e idrogeno. Dopo di che, tutti i materiali di scorta vengono rimossi dai film tramite riscaldamento in aria.

"In questo nuovo lavoro, abbiamo cercato di imparare il più possibile sugli aghi diamantati che produciamo, specificamente sui loro centri di colore, " ha detto il professor Obraztsov. Per comprendere la posizione dei centri di colore nella struttura dei campioni e per scoprire le loro proprietà, Gli scienziati russi si sono rivolti ai loro colleghi francesi, che ha utilizzato una metodologia unica per l'analisi richiesta. "I nostri colleghi francesi lo applicano per studiare la composizione chimica e la posizione delle impurità in diversi materiali, " ha spiegato Obraztsov.

Durante le misurazioni, gli aghi di diamante sono stati attaccati ad un elettrodo posto in una camera ad alto vuoto. Per ottenere l'effetto di allungamento, l'alta tensione è stata applicata all'elettrodo causando la polarizzazione elettrica del diamante dielettrico, oltre a notevoli sollecitazioni meccaniche di stiramento dell'ago. Lo stiramento ha causato la deformazione della struttura cristallina del diamante.

Secondo gli autori, questo porta a cambiamenti nei singoli centri di colore, anche, e le loro proprietà ottiche quantistiche sono alterate insieme alla struttura. Prima di ciò, gli scienziati erano solo in grado di comprimere i diamanti; questa è la prima volta che il diamante è stato allungato.

Durante l'allungamento del campione, è stato irradiato con un laser, e la luminescenza dei centri di colore è stata registrata con uno spettrometro. L'esperimento ha mostrato cambiamenti di forma ed energia delle bande di luminescenza a seconda della forza di stiramento determinata dalla tensione applicata. Il team ritiene che aghi di diamante simili potrebbero essere utilizzati per creare rilevatori per la misurazione senza contatto di campi elettrici con un'elevata risoluzione spaziale.

"Rivelatori come questo potrebbero essere usati non solo per misurare i campi creati dall'alta tensione in alto vuoto, ma quelli esistenti nelle molecole biologiche (DNA, RNA, eccetera.). La misurazione di tali campi è un importante problema scientifico oggi, " ha detto Obraztsov. Le dimensioni degli aghi di diamante al loro apice sono da diverse a diverse centinaia di nanometri. Pertanto, secondo gli scienziati, le misurazioni potrebbero essere effettuate con una precisione che corrisponde a determinati frammenti di molecole.

I micro-aghi di diamante prodotti con l'uso del metodo sviluppato dal team MSU sarebbero anche in grado di garantire il rilevamento ottico senza contatto dei campi magnetici, temperatura, e altre caratteristiche con risoluzione spaziale nano e microscopica.