Ученые доработали наноалмазы, чтобы приблизить создание квантового компьютера
 Фото экспериментальной установки, позволяющей реализовать новый производственный процесс. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Атомные примеси или дефекты в природных алмазах приводят к проявлению нового цвета, т.е. появлению розовых, голубых и желтых брильянтов. Один из таких дефектов, известный, как «азот-вакансия», представляет собой два соседних атома углерода в кристаллической решетке алмаза, замененные, соответственно, атомом азота и пустым узлом. Помимо изменения цветовых характеристик, азот-вакансии в наноалмазах позволяют обнаруживать очень слабые магнитные поля электронных или ядерных спинов, т.е. они могут использоваться в качестве высокочувствительных зондов, способных наблюдать локальные изменения спина в материале на расстояниях до нескольких десятков нанометров. Более того, в отличие от классических методов магнитно-резонансной томографии (применяемых в биологии), в рамках которых необходимы миллионы спинов, чтобы получить измеримый сигнал, азот-вакансии могут выявить единичный спин с пространственной точностью в несколько нанометров. Таким образом, азот-вакансия делает наноалмазы потенциально применимыми в широком спектре практических приложений, к примеру, в квантовых компьютерах или в качестве биологических зондов (поскольку эти структуры не токсичны, фотостабильны и легко могут интегрироваться в живые клетки).
До сих пор основная проблема с использованием азот-вакансий заключалась в том, что из-за высокой концентрации парамагнитных примесей (азота) в нанокристаллах алмаза, выращенных с помощью обычных в таких случаях высокотемпературных процессов под высоким давлением, спины в вакансии были чрезвычайно не стабильны, не позволяя хранить информацию более нескольких микросекунд. Однако группа ученых из Massachusetts Institute of Technology (MIT, США) предложила достойное решение проблемы. Ученые предложили новый способ изготовления наноалмазов, основанный на использовании пористой маски из металла и процесса ионного травления. Предложенная методика позволяет создавать чрезвычайно чистые наноалмазы, практически лишенные парамагнитных примесей. По данным эксперимента, азот-вакансии в таких кристаллах способны сохранять свое спиновое состоянии более чем на 210 мс. При этом чувствительность азот-вакансий такова, что они могут использоваться для определения магнитных полей, источник которых имеет размеры не более 50 нм.
Помимо того, что наноалмазы с азот-вакансиями идеально подходят в качестве датчиков магнитного поля, они могут размещаться в фотонных структурах и использоваться в качестве отдельных источников фотонов или твердотельных кубитов. До сих пор информация, которую хранили кубиты, изготовленные на основе наноалмазов, разрушалась довольно быстро из-за взаимодействия с шумом окружающей среды. Однако опубликованная работа доказывает, что время жизни кубитов может быть существенно продлено.
Также по теме:
- Нобелевская премия по Физике в 2012 году вручена за работы, открывшие путь к квантовому компьютеру
- Наноалмазы позволяют создавать миниатюрные датчики магнитного поля
- Наноалмазы могут стать лучшим катализатором
- Управляемый рост наноалмазов при помощи нанотрубок
- Ученые из США отчитались о создании памяти для квантового компьютера
Источники: