Diamantnanokristaller, nämligen nanodiamanter, som är värd för punktdefekter såsom kvävevakans (NV) centra, är ett lovande kvantmaterial.

Ett centralt krav för att förverkliga praktiska tillämpningar är placeringen av individuella NV-center efter behag på integrerade kretsar. Detta är avgörande för att implementera kvantteknologier, vilket leder till ett antal spännande möjligheter och framväxande områden som kvantdatorer, kvantkommunikation och kvantmetrologi.

Men det behövs fortfarande en flexibel, universell väg för att uppnå nanoskala noggrannhet, skalbarhet, kostnadseffektivitet och effektiv koppling med ett brett utbud av nanofotoniska kretsar.

Flera metoder, såsom den sofistikerade "plock-and-place" nanomanipulationsmetoden, har utarbetats för att placera nanodiamanterna med NV-centra på olika substrat och kretsar. Denna förutsättning fortsätter dock att lida av grov positioneringsnoggrannhet, låg genomströmning och processkomplexitet.

Teamet ledd av Dr Ji Tae Kim från Institutionen för maskinteknik och Dr Zhiqin Chu från Electrical and Electronic Engineering vid University of Hong Kong (HKU) har utvecklat en metod för nanoprecisionsutskrift för kvävevakans (NV) centrerar i diamant på kvantnivå, som uppfyller de tekniska kraven.

Detta nya tillvägagångssätt är praktiskt och kostnadseffektivt och banar väg för tillverkning av enheter för kvantinformationsbearbetning, kvantberäkningar och bioavkänningsenheter.

Forskningsresultatet har publicerats i Advanced Science i en artikel med titeln "On-Demand, Direct Printing of Nanodiamonds at the Quantum Level."

NV-centret är en punktdefekt i diamantgittret och är den vanligaste defekten i nanodiamanter. Det har dykt upp som ett kraftpaket för kvantsystem på grund av deras robusta kvanttillstånd även vid rumstemperatur medan andra kvantsystem som supraledande kvantinterferensanordningar endast kan fungera vid kryogena temperaturer, dvs från -150 grader C (-238 grader F) till absolut noll (-273 grader C eller -460 grader F).

Närmare bestämt tillhandahåller denna atomliknande solid-state-enhet, med sina optiskt adresserbara spin-frihetsgrader, nyckelfunktionerna för att fungera som kvantbitar och/eller kvantsensorer i solid-state kvantprocessorer.

'Diamant är det hårdaste materialet, så det är svårt att tillverka'

Forskarna har utvecklat ett innovativt sätt att tackla denna fråga. De har använt elektrisk dispensering av nanodiamantladdade vätskedroppar med sub-attoliter (<10 ^-18 liter) volym för att placera NV-center direkt på universella underlag.

"Såvitt vi vet visar den utvecklade tekniken för första gången positionsnoggrannhet under våglängd, kvantitetskontroll på en defektnivå och friformsmönstringsmöjligheter, vilket uppfyller de tekniska kraven som markerar ett betydande genombrott inom tillverkning av kvantenheter. ", sa Dr Chu Zhiqin. + Utforska vidare

Eran av enkelspinns färgcentra i kiselkarbid närmar sig