Guidato da Justus Ndukaife, professore assistente di ingegneria elettrica, I ricercatori di Vanderbilt sono i primi a introdurre un approccio per intrappolare e spostare un nanomateriale noto come singolo nanodiamante colloidale con centro di vuoto di azoto utilizzando un raggio laser a bassa potenza. La larghezza di un singolo capello umano è di circa 90, 000 nanometri; i nanodiamanti sono meno di 100 nanometri. Questi materiali a base di carbonio sono uno dei pochi in grado di rilasciare l'unità di base di tutta la luce, un singolo fotone, un elemento costitutivo per future applicazioni di fotonica quantistica, Ndukaife spiega.

Attualmente è possibile intrappolare nanodiamanti utilizzando campi luminosi focalizzati vicino a superfici metalliche di dimensioni nanometriche, ma non è possibile spostarli in questo modo perché i punti del raggio laser sono semplicemente troppo grandi. Utilizzando un microscopio a forza atomica, Gli scienziati impiegano ore per posizionare i nanodiamanti uno alla volta vicino a un ambiente che migliora le emissioni per formare una struttura utile. Ulteriore, per creare sorgenti entangled e qubit, elementi chiave che migliorano la velocità di elaborazione dei computer quantistici, sono necessari diversi emettitori di nanodiamanti vicini tra loro in modo che possano interagire per creare qubit, ha detto Ndukaife.

"Abbiamo deciso di rendere più semplice l'intrappolamento e la manipolazione dei nanodiamanti utilizzando un approccio interdisciplinare, "Ndukaife ha detto. "La nostra pinzetta, una pinzetta elettrotermoplasmonica a bassa frequenza (LFET), combina una frazione di un raggio laser con un campo elettrico in corrente alternata a bassa frequenza. Questo è un meccanismo completamente nuovo per intrappolare e spostare i nanodiamanti." Un noioso, il processo lungo ore è stato ridotto a secondi, e LFET è la prima tecnologia di trasporto scalabile e di assemblaggio su richiesta del suo genere.

Il lavoro di Ndukaife è un ingrediente chiave per l'informatica quantistica, una tecnologia che presto consentirà un numero enorme di applicazioni dall'imaging ad alta risoluzione alla creazione di sistemi inattaccabili e dispositivi e chip per computer sempre più piccoli. Nel 2019, il Dipartimento dell'Energia ha investito 60,7 milioni di dollari in finanziamenti per far progredire lo sviluppo dell'informatica e delle reti quantistiche.

"Controllare i nanodiamanti per creare sorgenti di singoli fotoni efficienti che possono essere utilizzate per questo tipo di tecnologie plasmerà il futuro, "Ndukaife ha detto. "Per migliorare le proprietà quantistiche, è essenziale accoppiare emettitori quantistici come i nanodiamanti con centri di disponibilità di azoto a strutture nanofotoniche".

Ndukaife intende esplorare ulteriormente i nanodiamanti, disponendoli su strutture nanofotoniche progettate per migliorare le loro prestazioni di emissione. Con loro a posto, il suo laboratorio esplorerà le possibilità di sorgenti ultrabrillanti di singoli fotoni e l'entanglement in una piattaforma su chip per l'elaborazione delle informazioni e l'imaging.

"Ci sono così tante cose su cui possiamo usare questa ricerca per costruire, " Ha detto Ndukaife. "Questa è la prima tecnica che ci permette di manipolare dinamicamente singoli oggetti su nanoscala in due dimensioni utilizzando un raggio laser a bassa potenza".

L'articolo, Pubblicato sulla rivista "Electrothermoplasmonic Trapping and Dynamic Manipulation of Single Colloidal Nanodiamond" Nano lettere il 7 giugno ed è stato scritto da studenti laureati nel laboratorio di Ndukaife, Chuchuan Hong e Sen Yang, nonché il loro collaboratore, Ivan Kravchenko all'Oak Ridge National Laboratory.