Onderzoekers van de Macquarie University hebben een enkele kleine diamant helder laten schijnen bij kamertemperatuur, een gedrag dat bekend staat als superradiance.

Dit is belangrijk omdat nanodiamanten het potentieel hebben om in allerlei apparaten te worden gebruikt, zoals minuutkompassen voor navigatie, in biomedische beeldvorming en om mogelijk betere zonnecellen te creëren.

Wat deze toepassingen tot nu toe tegenhield, is dat superradiance voorheen alleen werd waargenomen bij zeer lage temperaturen of in zeer grote monsters. Dit is de eerste keer dat het is gezien in diamanten.

Het onderzoek van Macquarie's Diamond Nanoscience Laboratory is vanavond gepubliceerd in: Natuurcommunicatie .

Onderzoeksleider dr. Thomas Volz zegt dat het team nu graag helderdere nanodiamanten wil maken die kunnen worden gebruikt in biomedische toepassingen. zoals het volgen van medicijnafgifteroutes in het laboratorium.

"Je kunt medicijnen hechten aan nanodiamanten, en gebruik dan de geconcentreerde lichtpuls die door de nanodiamant wordt uitgezonden om te volgen waar het medicijn in het monster naartoe gaat, " hij zegt.

Nanodiamanten die een helderdere lichtstraal uitzenden, worden gemakkelijker opgepikt door de detector, en kleine diamanten zijn veel minder giftig dan sommige van de andere medicijnmarkers die we tegenwoordig gebruiken.

Nanodiamanten hebben ook potentiële toepassingen in de navigatie.

Ze gedragen zich als kleine en zeer gevoelige kompasnaalden en zullen meer of minder licht uitstralen, afhankelijk van hoe ze zijn uitgelijnd met het magnetische veld van de aarde.

Wanneer de nanodiamanten helderdere lichtpulsen produceren, wordt dit effect versterkt.

Dit gedrag zou kunnen worden gebruikt om magnetische sensoren te ontwikkelen die bijvoorbeeld de locatie van een vliegtuig zouden bepalen, door in kaart te brengen waar het zich bevindt ten opzichte van het magnetisch veld van de aarde in plaats van per satelliet.

In de toekomst kunnen ze worden gebruikt om betere zonnecellen te maken, door het superradiance-effect om te keren, zodat de nanodiamanten meer licht absorberen, sneller.

Het team heeft al aangetoond dat nanodiamanten kunnen worden gebruikt als ultrakleine scansensoren om te kijken naar de processen die in levende cellen plaatsvinden.

In een vorig jaar gepubliceerd artikel in Natuurfysica ze toonden aan dat superradiante nanodiamanten (die zo klein zijn als een duizendste van de breedte van een mensenhaar) beter kunnen worden gevangen en verplaatst met gefocust laserlicht of een klein optisch pincet dan niet-superradiante.

De oorzaak van dit gedrag is dezelfde als waardoor nanodiamanten deze heldere lichtpulsen produceren - defecten in hun kristalrooster, in dit geval nesten stikstofatomen naast lege plaatsen in de zich herhalende koolstofstructuur.

Soortgelijke defecten geven gekleurde diamanten hun kleur.

"Diamant is een materiaal, een kooi voor wat er binnen gebeurt, ' legt Tomas uit.

Wanneer deze stikstof-leegstandcentra in het diamantrooster samenwerken - als een goed gecoördineerd orkest - krijg je een superuitstraling, een snellere en helderdere lichtflits die je anders zou verwachten.

"De aanwezigheid van dit 'coöperatieve' gedrag is interessant vanuit een fundamenteel oogpunt en zal worden opgevolgd met verdere experimentele en theoretische studies, ", zegt universitair hoofddocent Gavin Brennen, die toezicht houdt op de theorie voor het werk.

Vooral, het team wil graag uitzoeken hoe de helderste nanodiamanten mogelijk kunnen worden gemaakt.

Het Diamond Nanoscience Laboratory maakt deel uit van de Quantum Materials and Applications Group van Macquarie University, en wordt gefinancierd door het Australian Research Council Centre of Excellence for Engineered Quantum Systems.

Macquarie University heeft een sterke traditie in onderzoek naar diamantmaterialen met verschillende groepen die diamantlasers onderzoeken, diamant groei, en nanodiamantverwerking. Er is ook een zeer actieve groep onderzoekers die werkt aan kwantumengineering voor nieuwe technologieën met diamant en andere systemen.