Dirigé par Justus Ndukaife, professeur assistant en génie électrique, Les chercheurs de Vanderbilt sont les premiers à introduire une approche pour piéger et déplacer un nanomatériau connu sous le nom de nanodiamant colloïdal unique avec un centre de lacune d'azote à l'aide d'un faisceau laser de faible puissance. La largeur d'un seul cheveu humain est d'environ 90, 000 nanomètres ; les nanodiamants font moins de 100 nanomètres. Ces matériaux à base de carbone sont l'un des rares à pouvoir libérer l'unité de base de toute lumière - un seul photon - un élément constitutif des futures applications de la photonique quantique, Ndukaife explique.

Actuellement, il est possible de piéger des nanodiamants à l'aide de champs lumineux focalisés à proximité de surfaces métalliques de taille nanométrique, mais il n'est pas possible de les déplacer de cette façon car les spots du faisceau laser sont tout simplement trop gros. A l'aide d'un microscope à force atomique, il faut des heures aux scientifiques pour mettre en place des nanodiamants un à la fois à proximité d'un environnement favorisant les émissions afin de former une structure utile. Plus loin, pour créer des sources et des qubits intriqués - éléments clés qui améliorent les vitesses de traitement des ordinateurs quantiques - plusieurs émetteurs de nanodiamants sont nécessaires à proximité les uns des autres afin qu'ils puissent interagir pour créer des qubits, dit Ndukaife.

« Nous avons entrepris de simplifier le piégeage et la manipulation des nanodiamants en utilisant une approche interdisciplinaire, " dit Ndukaife. " Notre pince à épiler, une pince électrothermoplasmonique basse fréquence (LFET), combine une fraction d'un faisceau laser avec un champ électrique à courant alternatif basse fréquence. Il s'agit d'un mécanisme entièrement nouveau pour piéger et déplacer les nanodiamants. le processus de plusieurs heures a été réduit à quelques secondes, et LFET est la première technologie de transport évolutif et d'assemblage à la demande de ce type.

Le travail de Ndukaife est un ingrédient clé pour l'informatique quantique, une technologie qui permettra bientôt un grand nombre d'applications, de l'imagerie haute résolution à la création de systèmes non piratables et de dispositifs et puces informatiques de plus en plus petits. En 2019, le ministère de l'Énergie a investi 60,7 millions de dollars en financement pour faire avancer le développement de l'informatique quantique et des réseaux.

« Contrôler les nanodiamants pour créer des sources de photons uniques efficaces pouvant être utilisées pour ce type de technologies façonnera l'avenir, " a déclaré Ndukaife. "Pour améliorer les propriétés quantiques, il est essentiel de coupler des émetteurs quantiques tels que des nanodiamants avec des centres de lacunes d'azote à des structures nanophotoniques."

Ndukaife a l'intention d'explorer davantage les nanodiamants, les disposer sur des structures nanophotoniques conçues pour améliorer leurs performances d'émission. Avec eux en place, son laboratoire explorera les possibilités de sources de photons uniques ultra-brillantes et d'intrication dans une plate-forme sur puce pour le traitement de l'information et l'imagerie.

« Il y a tellement de choses sur lesquelles nous pouvons utiliser cette recherche pour nous appuyer, " a déclaré Ndukaife. "C'est la première technique qui nous permet de manipuler dynamiquement des objets nanométriques uniques en deux dimensions à l'aide d'un faisceau laser de faible puissance."

L'article, "Electrothermoplasmonic Trapping and Dynamic Manipulation of Single Colloidal Nanodiamond" a été publié dans la revue Lettres nano le 7 juin et a été co-écrit par des étudiants diplômés du laboratoire de Ndukaife, Chuchuan Hong et Sen Yang, ainsi que leur collaborateur, Ivan Kravchenko au Laboratoire national d'Oak Ridge.