Diamantové chyby jsou příslibem nových technologií

Kedy zamrzne chladiaca zmes motora? Porovnanie - TOPSPEED.sk (Smět 2019).

Anonim

Přes jejich kouzlo a půvab, diamanty jsou zřídka dokonalé. Mají drobné vady, které jim profesor Nathalie de Leon dělají vždycky tak lákavé. Tyto chyby velikosti atomů mají obrovský potenciál v technologiích pro zobrazování s vysokým rozlišením a bezpečné komunikační linky.

"Historicky lidé říkali" barevné centra "těchto defektů, protože když svítíte na diamantu, vidíte spoustu hezkých barev, " řekl de Leon, který je jmenován na katedře elektrotechniky. Chce využít vlastnosti těchto defektů na obrazové molekuly a proteiny.

Diamant je úzce propojená mřížka atomů uhlíku. Vykopnutím jednoho z uhlíků a přidáním atomu dusíku v okolí mohou výzkumníci vytvořit vadu známou jako "barevné centrum pro uvolnění dusíku". Dusíkový atom a visící vazby kolem chybějícího atomu uhlíku tvoří jakousi molekulu v malé oblasti diamantové mřížky. Tato oblast diamantu působí jako zelená oáza uprostřed pouště, která vykazuje velmi odlišné vlastnosti než zbytek materiálu.

De Leon pracuje na používání barevného centra pro uvolnění dusíku v blízkosti povrchu diamantu za účelem zachycení obrazů molekul. Přístup využívá vlastnost defektu známého jako "spin", což je analogické k hybnosti spřádací špičky. Tyto otáčky interagují s magnetickým polem molekuly, které se liší od jedné části molekuly k druhé. Signály z těchto interakcí mohou být shromažďovány a zpracovávány, aby se vytvořil obraz, který je velmi vysoký v prostorovém rozlišení - dostatečně vysoký, aby dokázal představit jednu molekulu DNA.

Aby to fungovalo, jediný signál vyzařovaný z povrchu diamantu musí být ten, který pochází z barevného centra. Ale to je obtížný výkon, protože v okamžiku, kdy je diamant vystaven vzdušnému působení, jeho povrchové atomy zablokují molekuly, které se vznášejí. Dále řezání nebo leštění jednoho z nejtvrdších materiálů na světě přináší další nežádoucí vady na povrch.

Všechny tyto dodatečné signály překrývají měření. Ve skutečnosti, když se vědci snaží odstranit nežádoucí vady z počátečního lesku, neúmyslně vytvářejí další vady, které je třeba znovu odstranit. "Máte problém s myší, takže uvolníte kočky a vy máte problém s kočkou, a tak uvolníte psy. Jenom to jde, " řekl de Leon. Hledání způsobů, jak zlepšit povrch diamantu, je pokračující oblastí výzkumu a de Leon doufá, že kombinace chemických ošetření a prostředí s vysokou čistotou může dělat tento trik.

Barevné centra pro komunikaci

Zatímco tato barevná centra mohou nakonec sloužit jako senzory pro biologické aplikace, mohou být také základem pro nové komunikační sítě - ty, které by umožnily odposlech.

V kvantových komunikačních systémech by odposlouchávadlo nemohlo číst zprávu bez toho, aby okamžitě změnilo svůj stav, a tak odhalila pokus o vyloučení zprávy. Také by bylo nemožné kopírovat kvantovou zprávu.

Dosažení dostatečně robustních signálů pro cestování na dlouhé vzdálenosti zastavilo vývoj kvantových technologií, řekl de Leon. Pracuje na vybudování "opakovače", který může posílit signál a předat jej kabelem, dokud nedosáhne svého cíle. To by vyžadovalo materiál schopný vytvářet kvantové vzpomínky. Materiál by ukládal a obnovil původní signál, aby mohl propojit signál kabely.

"To, co hledáme, je srdcem tohoto kvantového opakovače, " řekl de Leon. Její tým nedávno objevil kandidáta na takové srdce: vadu v diamantu ve formě velkého atomu křemíku, který se vznášel mezi dvěma otvory v mříži.

Ukazuje se, že tato vada má velmi dobré nábojové a světelné vlastnosti, dvě nezbytné složky pro dobrou kvantovou paměť. Vada je také odolnější vůči rušení elektrických polí z prostředí než jiné přístupy.

menu
menu