Diamanten nanokristallen, namelijk nanodiamanten, die puntdefecten zoals stikstof-vacature (NV) centra hosten, zijn een veelbelovend kwantummateriaal.

Een centrale vereiste om praktische toepassingen te realiseren is de plaatsing van individuele NV-centra naar believen op geïntegreerde schakelingen. Dit is van cruciaal belang voor het implementeren van kwantumtechnologieën, wat leidt tot een aantal opwindende kansen en opkomende gebieden zoals kwantumcomputers, kwantumcommunicatie en kwantummetrologie.

Er is echter nog steeds een flexibele, universele route nodig voor het bereiken van nauwkeurigheid, schaalbaarheid, kosteneffectiviteit en efficiënte koppeling op nanoschaal met een breed scala aan nanofotonische circuits.

Verschillende methoden, zoals de geavanceerde "pick-and-place" nanomanipulatiebenadering, zijn bedacht om de nanodiamanten met NV-centra op verschillende substraten en circuits te positioneren. Deze voorwaarde heeft echter nog steeds te lijden van grove positioneringsnauwkeurigheid, lage doorvoer en procescomplexiteit.

Het team onder leiding van Dr. Ji Tae Kim van de afdeling Werktuigbouwkunde en Dr. Zhiqin Chu van de Electrical and Electronic Engineering van de Universiteit van Hong Kong (HKU) heeft een nano-precisie printmethode ontwikkeld voor stikstof-leegstand (NV) centra in diamant op kwantumniveau, die voldoen aan de technologische vereisten.

Deze nieuwe benadering is praktisch en kosteneffectief en maakt de weg vrij voor de productie van apparaten voor het verwerken van kwantuminformatie, kwantumcomputers en biosensingapparaten.

De onderzoeksprestatie is gepubliceerd in Advanced Science in een artikel getiteld "On-Demand, Direct Printing of Nanodiamonds at the Quantum Level."

Het NV-centrum is een puntdefect in het diamantrooster en is het meest voorkomende defect in nanodiamanten. Het is naar voren gekomen als een krachtpatser voor kwantumsystemen vanwege hun robuuste kwantumtoestanden, zelfs bij kamertemperatuur, terwijl andere kwantumsystemen zoals supergeleidende kwantuminterferentieapparaten alleen kunnen werken bij cryogene temperaturen, d.w.z. van -150 graden C (-238 graden F) tot absoluut nulpunt (-273 graden C of -460 graden F).

Dit atoomachtige, solid-state apparaat, met zijn optisch adresseerbare spin-vrijheidsgraden, biedt de belangrijkste functionaliteiten om te dienen als de kwantumbit en/of kwantumsensor in solid-state kwantumprocessors.

'Diamant is het hardste materiaal, dus moeilijk te bewerken'

De onderzoekers hebben een innovatieve manier ontwikkeld om dit probleem aan te pakken. Ze hebben gebruik gemaakt van elektrische afgifte van met nanodiamanten beladen vloeistofdruppels met sub-attoliter (<10 ^-18 liter) volume voor het direct plaatsen van NV-centers op universele substraten.

"Voor zover wij weten, toont de ontwikkelde techniek voor het eerst sub-golflengte positienauwkeurigheid, hoeveelheidsregeling op enkel defect niveau en freeform-patroonvormingscapaciteiten, die voldoen aan de technologische vereisten die een belangrijke doorbraak betekenen in de fabricage van kwantumapparaten ”, zei Dr. Chu Zhiqin. + Verder verkennen

Het tijdperk van single-spin kleurcentra in siliciumcarbide nadert