Développement d’un guichet unique pour les matériaux de capteurs quantiques à base de diamant


diamant

Crédit : Pixabay/CC0 Domaine public

Le bleu brillant du diamant Hope provient de petites impuretés dans sa structure cristalline. Des impuretés de diamant similaires donnent également de l’espoir aux scientifiques à la recherche de matériaux pouvant être utilisés dans l’informatique quantique et la détection quantique.

Dans une nouvelle recherche du Laboratoire national d’Argonne du Département américain de l’énergie (DOE), des chercheurs ont créé des membranes extrêmement fines de diamant pur. Cependant, à certains points de la structure cristalline de la membrane, l’équipe a remplacé les atomes de carbone par d’autres atomes, notamment l’azote. Ces défauts se combinent avec les vides atomiques voisins – des régions où un atome manque – créant des systèmes inhabituels appelés « centres de couleur ». Ces centres de couleurs sont des lieux de stockage et de traitement des informations quantiques.

Armés d’un moyen de produire facilement et à moindre coût des membranes en diamant avec des centres de couleur robustes, les scientifiques d’Argonne espèrent construire une sorte de chaîne de montage pour produire de grandes quantités de ces membranes pour des expériences quantiques dans le monde entier.

La capacité de faire croître les membranes pourrait être le ticket pour améliorer la collaboration entre différents laboratoires dédiés à la science de l’information quantique, a déclaré Xinghan Guo, étudiant diplômé de l’Université de Chicago et auteur principal de l’étude.

« Essentiellement, nous espérons que cela nous donnera finalement l’opportunité de devenir un unique pour les matériaux de quantiques », a déclaré Guo.

« Les défauts du diamant nous intéressent car ils peuvent être utilisés pour des applications quantiques », a déclaré Nazar Delegan, scientifique au Département des sciences des matériaux d’Argonne et à la Pritzker School of Molecular Engineering de l’Université de Chicago et collaborateur de Q-SUIVANT. « La fabrication de ces membranes nous permet d’intégrer ces défauts dans d’autres systèmes et de permettre de nouvelles configurations expérimentales. »

Le diamant est mécaniquement dur, chimiquement stable et généralement coûteux – en d’autres termes, c’est un cauchemar scientifique, notoirement difficile à fabriquer et à intégrer. Dans le même temps, la structure spéciale du diamant en fait un hôte idéal pour les centres de couleur, qui peuvent stocker des informations quantiques pendant une longue période, a déclaré Guo.

« Le diamant conventionnel en tant que substrat est très difficile à usiner », a-t-il déclaré. « Nos membranes sont plus fines et plus accessibles pour une variété d’expériences. »

Le matériau diamant nouvellement développé par les chercheurs offre une meilleure qualité de cristal et de surface et permet un meilleur contrôle de la cohérence des centres de couleur.

« Vous pouvez décoller la membrane et l’appliquer sur une variété de substrats, même une plaquette de silicium. C’est un moyen peu coûteux, flexible et facile de travailler avec des centres de couleur sans avoir à travailler directement avec du diamant traditionnel », a déclaré Guo.

« Parce que nous sommes capables de contrôler et de maintenir les propriétés quantiques dans des défauts uniques au sein de ces matériaux très minces, cette plate-forme est prometteuse en tant que pour les technologies quantiques », a déclaré Delegan.

Un article basé sur l’étude est paru dans l’édition en ligne du 13 décembre 2021 nano-lettres.


Impression directe de nanodiamants au niveau quantique


Plus d’information:
Xinghan Guo et al, Membranes de diamant accordables et transférables pour les technologies quantiques intégrées, nano-lettres (2021). DOI : 10.1021/acs.nanolett.1c03703

Fourni par Laboratoire National d’Argonne

Citation: Development of a One Stop Shop for Diamond-Based Quantum Sensor Materials (26 mai 2022) Extrait le 26 mai 2022 de https://phys.org/news/2022-05-one-stop-diamond-based-quantum- materials .html

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