Włączenie nanodiamentów do polimeru mogłoby przyspieszyć obliczenia kwantowe i badania biologiczne

Krótki opis poufnych informacji

• Nanodiamenty z centrami kolorów wbudowano w specjalnie zaprojektowane struktury w celu zintegrowania emiterów kwantowych z urządzeniami fotonicznymi.
• Naukowcy z Instytutu Fizyki w São Carlos (IFSC-USP) na Uniwersytecie w São Paulo opracowali na to metodę.
• Zastosowania obejmują kodowanie i przetwarzanie informacji kwantowej oraz znakowanie komórek w badaniach biologicznych.

Komunikat prasowy – Centrum wakatów azotowych (NV) to defekt w strukturze krystalicznej diamentu, w którym atom azotu zastępuje atom węgla w siatce diamentu, a sąsiadujące miejsce w siatce jest puste. Te i inne defekty fluorescencyjne diamentu, zwane centrami koloru, przyciągnęły uwagę badaczy ze względu na ich właściwości kwantowe, takie jak emisja pojedynczego fotonu w temperaturze pokojowej i przy długim czasie korelacji. Jego liczne zastosowania obejmują kodowanie i przetwarzanie informacji kwantowej oraz znakowanie komórek w badaniach biologicznych.

Mikrofabrykacja diamentów stanowi wyzwanie techniczne, dlatego nanodiamenty z centrami kolorów włączono do specjalnie zaprojektowanych struktur w celu integracji tych emiterów kwantowych z urządzeniami fotonicznymi. W badaniu przeprowadzonym w Instytucie Fizyki São Carlos na Uniwersytecie w São Paulo (IFSC-USP) w Brazylii stworzono metodę opisaną w artykule opublikowany W magazynie Nanomateriały.

„Zademonstrowaliśmy sposób włączania fluorescencyjnych nanodiamentów do specjalnie zaprojektowanych mikrostruktur przy użyciu polimeryzacji dwufotonowej. [2PP]„,” Clipper Mendonçaprofesor w IFSC-USP i najnowszy autor artykułu, powiedział Agência FAPESP.

„Badaliśmy idealne stężenie nanodiamentów w fotomasce, aby uzyskać struktury zawierające co najmniej jedno fluorescencyjne centrum NV oraz dobrą jakość strukturalną i optyczną”. Fotomaska ​​to światłoczuły materiał stosowany w procesie produkcyjnym do przenoszenia wzorów w skali nano na podłoże.

Mendonça i jego grupa szeroko stosowali 2PP do wytwarzania mikrostruktur 3D. Mówiąc najprościej, 2PP to technika bezpośredniego pisania laserowego, w której wiązka lasera o dużej intensywności jest skupiana na światłoczułej żywicy polimerowej, która nie zestaliła się jeszcze, aby wytworzyć interesującą mikrostrukturę.

W badaniach do mieszaniny monomerów tworzących fotomaskę dodano roztwór nanodiamentów w wodzie dejonizowanej i po wykonaniu wszystkich wymaganych procedur fizykochemicznych przeprowadzono mikrofabrykację poprzez poddanie próbki impulsom silnego lasera tytanowo-szafirowego. Wykorzystanie dedykowanego programu do określenia dokładnych współrzędnych belki.

„Wykorzystano pomiary fluorescencji i spektroskopii Ramana w celu potwierdzenia obecności i lokalizacji nanodiamentów, podczas gdy pomiary absorpcji pozwoliły ocenić straty rozpraszania przy wyższych stężeniach. Nasze wyniki pokazują wykonalność wytwarzania mikrostruktur osadzonych w fluorescencyjnych nanodiamentach za pomocą 2PP do zastosowań w fotonice i technologii kwantowej.”

Praca była częścią badań doktoranckich pierwszego autora Felipe Assis Cotto, z Mendonçą jako promotorem pracy dyplomowej. Projekt był wspierany przez FAPESP w ramach pięciu projektów (09/54035-4, 13/07276-1, 18/11283-7, 19/27471-0I 20/08715-2).