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Il blu brillante dell'Hope Diamond è causato da piccole impurità nella sua struttura cristallina. Impurezze di diamante simili stanno anche dando speranza agli scienziati che cercano di creare materiali che possono essere utilizzati per l'informatica quantistica e il rilevamento quantistico.
In una nuova ricerca dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), i ricercatori hanno creato membrane estremamente sottili di diamante puro. In alcuni punti della struttura cristallina della membrana, tuttavia, il team ha sostituito gli atomi di carbonio con altri atomi, in particolare l'azoto. Questi difetti si collegano ai vicini posti vacanti atomici - regioni in cui manca un atomo - creando insoliti sistemi quantistici noti come "centri del colore". Tali centri colore sono siti per la memorizzazione e l'elaborazione di informazioni quantistiche.
Dotati di un modo per creare in modo semplice ed economico membrane diamantate con centri colore robusti, gli scienziati dell'Argonne sperano di costruire una sorta di catena di montaggio per generare un gran numero di queste membrane per esperimenti quantistici in tutto il mondo.
La capacità di far crescere le membrane potrebbe essere il biglietto per migliorare la collaborazione tra diversi laboratori dedicati alla scienza dell'informazione quantistica, ha affermato lo studente laureato dell'Università di Chicago Xinghan Guo, autore principale dello studio.
"In sostanza, speriamo che questo alla fine ci dia la possibilità di diventare uno sportello unico per i materiali di rilevamento quantistico", ha affermato Guo.
"I difetti nel diamante sono interessanti per noi perché possono essere sfruttati per l'applicazione quantistica", ha affermato Nazar Delegan, scienziato della divisione di Scienza dei materiali di Argonne e della Pritzker School of Molecular Engineering presso l'Università di Chicago e collaboratore di Q-NEXT. "La realizzazione di queste membrane ci consente di integrare questi difetti con altri sistemi e consente nuove configurazioni sperimentali."
Il diamante è meccanicamente duro, chimicamente stabile e generalmente costoso, in altre parole, è una specie di incubo scientifico, notoriamente difficile da fabbricare e integrare. Allo stesso tempo, la particolare struttura del diamante lo rende un ottimo host per i centri colore in grado di memorizzare informazioni quantistiche per lungo tempo, ha affermato Guo.
"Il diamante convenzionale come substrato è estremamente difficile da lavorare", ha affermato. "Le nostre membrane sono più sottili e più accessibili per un'ampia gamma di esperimenti."
Il nuovo materiale diamantato modellato dai ricercatori offre una maggiore qualità del cristallo e della superficie, consentendo un maggiore controllo sulla coerenza dei centri colore.
"Puoi staccare la membrana e metterla su un'ampia gamma di substrati, persino metterla su un wafer di silicio. È un modo economico, flessibile e semplice per lavorare con i centri colore senza dover lavorare direttamente con il diamante convenzionale", ha detto Guo .
"Poiché siamo in grado di controllare e mantenere le proprietà quantistiche nei singoli difetti all'interno di questi materiali molto sottili, rende questa piattaforma promettente come base per una tecnologia quantistica", ha affermato Delegan.
Un documento basato sullo studio è apparso nell'edizione online del 13 dicembre 2021 di Nano Letters . + Esplora ulteriormente
