Genom att skapa diamantbaserade nanotrådsenheter, ett team på Harvard har tagit ytterligare ett steg mot att möjliggöra applikationer baserade på kvantvetenskap och teknik.

Den nya enheten erbjuder en ljus, stabil källa för enstaka fotoner vid rumstemperatur, ett viktigt element för att göra snabba och säkra datorer med lätt praktisk.

Fyndet kan leda till en ny klass av nanostrukturerade diamantanordningar som är lämpliga för kvantkommunikation och beräkning, samt avancerade områden som sträcker sig från biologisk och kemisk avkänning till vetenskaplig bildbehandling.

Publicerad i 14 februari numret av Naturnanoteknik, forskare under ledning av Marko Loncar, Biträdande professor i elektroteknik vid Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), fann att prestandan hos en enda fotonkälla baserad på en ljusemitterande defekt (färgcentrum) i diamant kan förbättras genom nanostrukturering av diamanten och inbäddning av defekten i en diamantnanotråd.

Forskare, faktiskt, började först utnyttja egenskaperna hos naturliga diamanter efter att ha lärt sig hur man manipulerar elektronspinnet, eller inneboende vinkelmoment, associerad med kvävevakans (NV) färgcentrum i pärlan. Kvant (qubit) tillstånd kan initieras och mätas med hjälp av ljus.

Färgcentret "kommunicerar" genom att avge och absorbera fotoner. Flödet av fotoner som sänds ut från färgcentret ger ett sätt att bära den resulterande informationen, gör kontrollen, fånga, och lagring av fotoner som är nödvändiga för någon form av praktisk kommunikation eller beräkning. Samlar fotoner effektivt, dock, är svårt eftersom färgcentra är inbäddade djupt inuti diamanten.

"Detta utgör ett stort problem om du vill ansluta ett färgcenter och integrera det i verkliga applikationer, "förklarar Loncar." Det som saknades var ett gränssnitt som förbinder nanovärlden i ett färgcentrum med makrovärlden av optiska fibrer och linser. "

Diamond nanowire -enheten erbjuder en lösning, tillhandahåller ett naturligt och effektivt gränssnitt för att undersöka ett individuellt färgcentrum, gör det ljusare och ökar dess känslighet. De resulterande förbättrade optiska egenskaperna ökar fotoninsamlingen med nästan en faktor tio i förhållande till naturliga diamantanordningar.

"Vår nanotrådsenhet kan kanalisera de utsända fotonerna och styra dem på ett bekvämt sätt, "säger huvudförfattaren Tom Babinec, en doktorand på SEAS.

Ytterligare, diamantnanotråden är utformad för att övervinna hinder som har utmanat andra toppmoderna system-till exempel de som är baserade på fluorescerande färgmolekyler, kvantprickar, och kolnanorör-eftersom enheten enkelt kan replikeras och integreras med en mängd olika nanobearbetade strukturer.

Forskarna använde en nanofabriceringsteknik uppifrån och ned för att bädda in färgcentra i en mängd olika bearbetade strukturer. Genom att skapa stora enhetsarrayer snarare än bara "one-of-a-kind" -designer, förverkligandet av kvantnätverk och system, som kräver integration och manipulation av många enheter parallellt, Är mer sannolikt.

"Vi anser att detta är ett viktigt steg och möjliggör teknik mot mer praktiska optiska system baserat på denna spännande materialplattform, "säger Loncar." Börjar med dessa syntetiska, nanostrukturerade diamantprover, vi kan börja drömma om de diamantbaserade enheterna och systemen som en dag kan leda till tillämpningar inom kvantvetenskap och teknik samt avkänning och avbildning. "