Des chercheurs de l'Université Macquarie ont fait briller un seul petit diamant à température ambiante, un comportement connu sous le nom de superradiance.

Ceci est important car les nanodiamants ont le potentiel d'être utilisés dans toutes sortes d'appareils, tels que les boussoles minute pour la navigation, en imagerie biomédicale et pour potentiellement créer de meilleures cellules solaires.

À ce jour, ce qui a freiné ces applications, c'est que la superradiance n'a été observée auparavant qu'à de très basses températures ou dans de très grands échantillons. C'est la première fois qu'on le voit dans des diamants.

La recherche du Diamond Nanoscience Laboratory de Macquarie a été publiée ce soir dans Communication Nature .

Le chef de la recherche, le Dr Thomas Volz, a déclaré que l'équipe souhaitait désormais fabriquer des nanodiamants plus brillants pouvant être utilisés dans des applications biomédicales, comme pour suivre les voies d'administration des médicaments en laboratoire.

"Vous pouvez attacher des médicaments aux nanodiamants, puis utiliser l'impulsion de lumière concentrée envoyée par le nanodiamant pour suivre où le médicament va dans l'échantillon, " il dit.

Les nanodiamants qui envoient un éclat de lumière plus brillant seront plus facilement captés par le détecteur, et les petits diamants sont beaucoup moins toxiques que certains des autres marqueurs médicamenteux que nous utilisons aujourd'hui.

Les nanodiamants ont également des utilisations potentielles dans la navigation.

Ils agissent comme de minuscules aiguilles de boussole très sensibles et émettent plus ou moins de lumière selon la façon dont ils sont alignés avec le champ magnétique terrestre.

Lorsque les nanodiamants produisent des impulsions lumineuses plus brillantes, cet effet est amplifié.

Ce comportement pourrait être utilisé pour développer des capteurs magnétiques qui détermineraient la localisation d'un avion par exemple, en cartographiant sa position par rapport au champ magnétique terrestre plutôt que par satellite.

À l'avenir, ils pourraient être utilisés pour créer de meilleures cellules solaires, en inversant l'effet de superradiance pour que les nanodiamants absorbent plus de lumière, plus vite.

L'équipe a déjà montré le potentiel des nanodiamants à être utilisés comme capteurs à balayage ultra petits pour observer les processus en cours à l'intérieur des cellules vivantes.

Dans un article publié l'année dernière dans Physique de la nature ils ont montré que les nanodiamants superradiants (qui sont aussi petits qu'un millième de la largeur d'un cheveu humain) peuvent être mieux piégés et déplacés à l'aide d'une lumière laser focalisée ou de minuscules pincettes optiques que les non superradiants.

La cause de ce comportement est la même que celle qui pousse les nanodiamants à produire ces impulsions lumineuses brillantes - des défauts dans leur réseau cristallin, dans ce cas, les atomes d'azote voisins des sites vacants nichés dans la structure carbonée répétitive.

Des défauts similaires sont ce qui donne leur teinte aux diamants de couleur.

"Le diamant est un matériau, une cage pour ce qui se passe à l'intérieur, " explique Thomas.

Lorsque ces centres de manque d'azote au sein du réseau de diamants travaillent ensemble - à l'unisson comme un orchestre bien coordonné - vous obtenez une superradiance, un éclat de lumière plus rapide et plus brillant auquel vous vous attendriez autrement.

"La présence de ce comportement "coopératif" est intéressante d'un point de vue fondamental et sera suivie par d'autres études expérimentales et théoriques, ", explique le professeur agrégé Gavin Brennen qui supervise la théorie du travail.

En particulier, l'équipe aimerait découvrir comment créer les nanodiamants les plus brillants possibles.

Le Diamond Nanoscience Laboratory fait partie du Quantum Materials and Applications Group de l'Université Macquarie, et est financé par le Centre d'excellence du Conseil de recherche australien pour les systèmes quantiques d'ingénierie.

L'Université Macquarie a une forte tradition dans la recherche sur les matériaux diamantés avec plusieurs groupes étudiant les lasers diamant, croissance du diamant, et le traitement des nanodiamants. Il existe également un groupe très actif de chercheurs travaillant sur l'ingénierie quantique pour les nouvelles technologies avec le diamant et d'autres systèmes.