Печать наноалмазов стала возможна на квантовом уровне

Успешно разработан метод печати алмазных наночастиц на квантовом уровне. Ученые считают, что эта технология откроет практичный и экономически эффективный способ производства квантовых устройств, таких как квантовые процессоры и биосенсоры.

Алмаз — это больше, чем красивый драгоценный камень, и физикам он нравится в том числе из-за его недостатков. Одним из наиболее перспективных квантовых материалов являются нанокристаллы алмаза, в частности, наноалмазы с точечными дефектами, такие как азото-замещенные NV-центры.

NV-центр – это один из многочисленных точечных дефектов алмаза, при котором нарушается строение кристаллической решетки. Это происходит путем удаления атома углерода из решетки и связывания образовавшейся вакансии с атомом азота.

Очевидно, что обработка квантовых материалов сложна. В настоящее время многие квантовые материалы могут работать только в условиях экстремально низких температур (от –150°C до –273°C). При этом NV-центры благодаря своим многообещающим квантовым состояниям могут быть источником энергии для квантовых систем и записывать информацию даже при комнатной температуре. Обладая оптически адресуемыми спиновыми степенями свободы, это атомоподобное твердотельное устройство обеспечивает ключевые функции для работы в качестве квантового бита и/или квантового датчика в твердотельных квантовых компьютерах.

Печать наноалмазов по новой технологии с помощью электрического разряда жидких капель, содержащих нанокристаллы алмаза. Изображение: Гонконгский университет

Возможность размещать отдельные NV-центры на интегральных схемах является ключевой потребностью для реализации практических приложений. Это необходимо для внедрения квантовых технологий, включая квантовые коммуникации, квантовые компьютеры и квантовую метрологию. Существует несколько методов размещения наноалмазов с NV-центрами на различных подложках и схемах. Тем не менее, точность позиционирования, ограниченная пропускная способность и сложность процесса до сих пор остаются проблемой.

Ученые из Гонконгского университета разработали метод наноточной печати на квантовом уровне для азотно-вакансионных (NV) центров в алмазе. Для установки NV-центров непосредственно на универсальные подложки ученые использовали электрический разряд жидких капель, содержащих наноалмазы. Эта уникальная технология одновременно практична и рентабельна, и открывает возможности для производства устройств квантовой обработки информации, квантовых вычислений и биодатчиков.

Печатные NV-центры на квантовом уровне: а) конфокальное флуоресцентное изображение; б) корреляционные функции соответствующих пятен флуоресценции; c) гистограмма распределения количества печатных NV-центров на пятно. Изображение: Гонконгский университет

Разработанная методика впервые демонстрирует субволновую точность позиционирования, количественный контроль на уровне отдельных дефектов и возможности построения наноалмазов произвольной формы. Открытие также отвечает технологическим требованиям, что знаменует собой значительный прорыв в производстве квантовых устройств.