Un centre de lacune d'azote (NV) est un défaut dans la structure cristalline du diamant, où un atome d'azote remplace un atome de carbone dans le réseau du diamant et un site voisin dans le réseau est vacant. Ce défaut ainsi que d'autres défauts fluorescents du diamant, appelés centres de couleur, ont attiré l'attention des chercheurs en raison de leurs propriétés quantiques, telles que l'émission d'un photon unique à température ambiante et avec un long temps de cohérence. Leurs nombreuses applications incluent le codage et le traitement de l'information quantique, ainsi que le marquage cellulaire dans les études biologiques.
La microfabrication dans le diamant est techniquement difficile, et des nanodiamants dotés de centres de couleur ont été intégrés dans des structures conçues sur mesure afin d'intégrer ces émetteurs quantiques dans des dispositifs photoniques. Une étude menée à l'Institut de physique São Carlos (IFSC-USP) de l'Université de São Paulo au Brésil a établi une méthode pour cela, comme décrit dans un article publié dans la revue Nanomaterials. .
"Nous avons démontré une méthode d'intégration de nanodiamants fluorescents dans des microstructures conçues à cet effet, en utilisant la polymérisation à deux photons [2PP]", a déclaré Cleber Mendonça, professeur à l'IFSC-USP et dernier auteur de l'article, à l'Agência FAPESP. "Nous avons étudié la concentration idéale de nanodiamants dans la résine photosensible pour obtenir des structures avec au moins un centre NV fluorescent et une bonne qualité structurelle et optique." La résine photosensible est un matériau sensible à la lumière utilisé dans le processus de fabrication pour transférer des motifs à l'échelle nanométrique sur le substrat.
Mendonça et son groupe ont largement utilisé le 2PP pour fabriquer des microstructures tridimensionnelles. En termes simples, le 2PP est une technique d'écriture laser directe dans laquelle un faisceau laser de haute intensité est focalisé sur une résine polymère sensible à la lumière qui ne s'est pas encore solidifiée pour produire la microstructure d'intérêt.
Dans l'étude, une solution de nanodiamants dans de l'eau désionisée a été ajoutée au mélange de monomères composant la résine photosensible, et une fois toutes les procédures physico-chimiques requises terminées, la microfabrication a été réalisée en soumettant l'échantillon aux impulsions d'un puissant laser titane-saphir contrôlé. par un logiciel dédié pour définir les coordonnées exactes du faisceau.
"Les mesures de fluorescence et de spectroscopie Raman ont été utilisées pour confirmer la présence et l'emplacement des nanodiamants, tandis que les mesures d'absorbance ont évalué les pertes par diffusion à des concentrations plus élevées. Nos résultats montrent la faisabilité de fabriquer des microstructures intégrées dans des nanodiamants fluorescents via 2PP pour des applications de photonique et de technologie quantique", écrivent les auteurs dans l'article.
L'étude faisait partie du doctorat. recherche du premier auteur Filipe Assis Couto, avec Mendonça comme directeur de thèse.
Plus d'informations : Filipe A. Couto et al, Intégration de nanodiamants fluorescents dans des microstructures polymères fabriquées par polymérisation à deux photons, Nanomatériaux (2023). DOI : 10.3390/nano13182571
Fourni par FAPESP
