En créant des dispositifs à nanofils à base de diamant, une équipe de Harvard a franchi une nouvelle étape vers la réalisation d'applications basées sur la science et la technologie quantiques.

Le nouvel appareil offre un source stable de photons uniques à température ambiante, un élément essentiel pour rendre l'informatique rapide et sécurisée avec la lumière pratique.

La découverte pourrait conduire à une nouvelle classe de dispositifs en diamant nanostructurés adaptés à la communication et à l'informatique quantiques, ainsi que des domaines avancés allant de la détection biologique et chimique à l'imagerie scientifique.

Publié dans le numéro du 14 février de Nanotechnologie naturelle, chercheurs dirigés par Marko Loncar, Professeur assistant de génie électrique à la Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), ont découvert que les performances d'une source de photons unique basée sur un défaut d'émission de lumière (centre de couleur) dans le diamant pouvaient être améliorées en nanostructurant le diamant et en incorporant le défaut dans un nanofil de diamant.

Scientifiques, En réalité, a commencé à exploiter les propriétés des diamants naturels après avoir appris à manipuler le spin des électrons, ou moment cinétique intrinsèque, associé au centre de couleur de la lacune d'azote (NV) de la gemme. L'état quantique (qubit) peut être initialisé et mesuré à l'aide de la lumière.

Le centre de couleur « communique » en émettant et en absorbant des photons. Le flux de photons émis par le centre de couleur fournit un moyen de transporter les informations résultantes, faire le contrôle, Capturer, et le stockage de photons essentiels pour tout type de communication ou de calcul pratique. Collecter efficacement les photons, cependant, est difficile car les centres de couleur sont incrustés profondément à l'intérieur du diamant.

"Cela pose un problème majeur si vous souhaitez interfacer un centre de couleurs et l'intégrer dans des applications du monde réel, " explique Loncar. " Ce qui manquait, c'était une interface qui relie le nano-monde d'un centre de couleur avec le macro-monde des fibres optiques et des lentilles. "

Le dispositif à nanofil de diamant offre une solution, fournir une interface naturelle et efficace pour sonder un centre de couleur individuel, la rendant plus lumineuse et augmentant sa sensibilité. Les propriétés optiques améliorées qui en résultent augmentent la collection de photons de près d'un facteur dix par rapport aux dispositifs en diamant naturel.

"Notre dispositif à nanofils peut canaliser les photons émis et les diriger de manière pratique, " dit l'auteur principal Tom Babinec, un étudiant diplômé à SEAS.

Plus loin, le nanofil de diamant est conçu pour surmonter les obstacles qui ont mis au défi d'autres systèmes de pointe, tels que ceux basés sur des molécules de colorant fluorescent, points quantiques, et les nanotubes de carbone, car le dispositif peut être facilement répliqué et intégré à une variété de structures nano-usinées.

Les chercheurs ont utilisé une technique de nanofabrication descendante pour intégrer des centres de couleur dans une variété de structures usinées. En créant de grands ensembles d'appareils plutôt que de simples conceptions « uniques en leur genre », la réalisation de réseaux et systèmes quantiques, qui nécessitent l'intégration et la manipulation de nombreux appareils en parallèle, est plus probable.

"Nous considérons qu'il s'agit d'une étape importante et d'une technologie habilitante vers des systèmes optiques plus pratiques basés sur cette plate-forme matérielle passionnante, " dit Loncar. " A partir de ces synthétiques, échantillons de diamants nanostructurés, nous pouvons commencer à rêver aux dispositifs et systèmes à base de diamant qui pourraient un jour conduire à des applications dans la science et la technologie quantiques ainsi que dans la détection et l'imagerie."