Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Den briljanta blåa av Hope Diamond orsakas av små föroreningar i dess kristallstruktur. Liknande diamantföroreningar ger också hopp till forskare som vill skapa material som kan användas för kvantberäkning och kvantavkänning.
I ny forskning från U.S. Department of Energys (DOE) Argonne National Laboratory har forskare skapat extremt tunna membran av ren diamant. På några få ställen i membranets kristallstruktur bytte laget dock ut kolatomer med andra atomer, särskilt kväve. Dessa defekter ansluter till närliggande atomära vakanser - regioner där en atom saknas - skapar ovanliga kvantsystem kända som "färgcentra". Sådana färgcentra är platser för lagring och bearbetning av kvantinformation.
Utrustade med ett sätt att billigt och enkelt skapa diamantmembran som har robusta färgcentra, hoppas forskare vid Argonne kunna bygga ett slags löpande band för att generera ett stort antal av dessa membran för kvantexperiment runt om i världen.
Möjligheten att odla membranen skulle kunna vara biljetten till att förbättra samarbetet mellan olika laboratorier som ägnas åt kvantinformationsvetenskap, säger University of Chicago doktorand Xinghan Guo, huvudförfattare till studien.
"I grunden hoppas vi att detta så småningom kommer att ge oss möjligheten att bli en one-stop-shop för kvantavkänningsmaterial," sa Guo.
"Defekterna i diamanten är intressanta för oss eftersom de kan utnyttjas för kvantapplikationer", säger Nazar Delegan, forskare vid Argonnes Materials Science division och Pritzker School of Molecular Engineering vid University of Chicago och en samarbetspartner med Q-NEXT. "Genom att göra dessa membran kan vi integrera dessa defekter med andra system och möjliggör nya experimentella konfigurationer."
Diamant är mekaniskt hård, kemiskt stabil och allmänt dyr – med andra ord är det en slags vetenskaplig mardröm, notoriskt svår att tillverka och integrera. Samtidigt gör diamantens speciella struktur den till en utmärkt värd för färgcentra som kan lagra kvantinformation under lång tid, sa Guo.
"Konventionell diamant som substrat är supersvår att arbeta med", sa han. "Våra membran är tunnare och mer tillgängliga för ett brett utbud av experiment."
Det nya diamantmaterialet som forskarna har tagit fram erbjuder bättre kristall- och ytkvalitet, vilket möjliggör större kontroll över färgcentrumens koherens.
"Du kan dra av membranet och sätta det på ett brett spektrum av underlag, till och med lägga det på en silikonwafer. Det är ett billigt, flexibelt och enkelt sätt att arbeta med färgcentra utan att behöva arbeta direkt med konventionell diamant," sa Guo .
"Eftersom vi kan kontrollera och bibehålla kvantegenskaperna i individuella defekter i dessa mycket tunna material, gör det denna plattform lovande som grund för kvantteknologier," sa Delegan.
En artikel baserad på studien publicerades i onlineupplagan av Nano Letters den 13 december 2021 . + Utforska vidare
