Des spécialistes de Harvard créent la plus petite radio au monde à partir de diamants

Cette radio n'est que le début des travaux, à l'avenir, les scientifiques prévoient d'utiliser d'autres propriétés des diamants pour créer des composants électroniques miniatures. Des

chercheurs de SEAS ( Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences ) ont créé la plus petite radio du monde dans le monde des diamants roses. Plus précisément, le rôle du récepteur n'est pas joué par les diamants eux-mêmes, mais par de petits défauts microscopiques dans un réseau cristallin de la taille de plusieurs atomes. La petite radio elle-même est composée de blocs dont la taille est de deux atomes. Travailler un tel récepteurpeut dans les conditions les plus défavorables, quand tout appareil électronique tombe en panne. Ce peut être la surface de Vénus, l'embouchure d'un volcan. Un système similaire peut être utilisé en médecine - par exemple, utilisez un module similaire comme stimulateur cardiaque.

Le chef de l'équipe de développement était Marko Lončar. Avec son étudiant diplômé Linbo Shao, il a proposé l'idée d'utiliser des défauts ponctuels dans les diamants, qui sont connus comme des lacunes substituées par l'azote dans les diamants. Le défaut lui-même est une violation de la structure du réseau cristallin de diamant qui se produit lorsqu'un atome de carbone est retiré du site du réseau et que le vide formé est lié à l'atome d'azote.

Le caractère unique de ce défaut réside dans le fait que ses propriétés sont presque similaires à celles d'un atome, qu'il soit «gelé» dans le réseau cristallin du diamant: les spins électroniques du centre individuel sont facilement manipulables: par la lumière; champs magnétiques, électriques et micro-ondes; - qui vous permet d'enregistrer des informations quantiques (qubits) à l'arrière du noyau central. Une telle manipulation est possible même à température ambiante; le centre a un temps de stockage long (atteignant plusieurs millisecondes) de la polarisation de spin induite ... À l'heure actuelle, le centre NV peut être considéré comme l'élément logique de base du futur processeur quantique, nécessaire pour créer un ordinateur quantique, des lignes de communication avec un protocole de sécurité quantique et d'autres applications de spintronique.

Afin de créer une vacance substituée par l'azote, les chercheurs ont remplacé l'atome de carbone dans un minuscule diamant par un atome d'azote, supprimant l'un des atomes voisins. En conséquence, un système a été formé à partir d'un atome d'azote et d'un «trou». Les travaux peuvent être utilisés pour émettre un seul photon ou pour détecter un champ magnétique faible. Les systèmes de ce type se caractérisent par des propriétés photoluminescentes, ce qui signifie la possibilité de convertir des informations en lumière. Cela ouvre la possibilité d'utiliser des lacunes substituées par l'azote dans l'informatique quantique, la photonique et d'autres domaines.

Même le diamant naturel et synthétique de haute pureté (type IIa) contient un petitconcentration des centres NV. (Le diamant synthétique de haute pureté est fabriqué par dépôt chimique en phase vapeur (CVD)). Si la concentration des centres est insuffisante, les échantillons sont irradiés et recuits. L'irradiation est effectuée par des particules de haute énergie (10–80 keV); il peut s'agir d'un flux: électrons, protons, neutrons et particules gamma. Les centres NV sont créés à une profondeur pouvant atteindre 60 microns. Fait intéressant, NV0 se situe principalement jusqu'à 0,2 μm de profondeur. Les postes vacants créés à température ambiante sont inactifs, mais avec l'augmentation de la température (supérieure à 800 ° C), leur mobilité augmente considérablement. L'atome d'azote introduit dans le réseau capture l'une des lacunes et crée NV- avec la vacance voisine.


Quant aux radios, elles se composent généralement de cinq composants de base: une source d'énergie, un récepteur, un transducteur qui transforme les ondes électromagnétiques en courant électrique, un régulateur et la dynamique. Le système créé par les spécialistes de Harvard a tous ces composants, mais pas sous la forme dans laquelle nous sommes habitués à les voir.

La source d'énergie ici est un faisceau laser, qui vise les électrons dans les lacunes substituées par l'azote. Les électrons sont sensibles au champ électromagnétique, de sorte qu'ils réagissent aux ondes radio sous l'influence des rayons laser. Lorsqu'un poste vacant détecte une onde radio, il la convertit en lumière rouge, qui est redirigée à travers une photodiode (dans ce cas, un convertisseur). Il transforme la lumière en courant. De plus, le courant est converti en son à l'aide du haut-parleur.

Mais qu'en est-il de la mise en place d'un tel récepteur? Les scientifiques ont également résolu ce problème. Ils ont créé un champ magnétique autour du diamant, qui peut être contrôlé pour changer la fréquence des ondes radio perçues par les vacances. Le signal peut être amplifié si vous travaillez avec plus de postes vacants. Les chercheurs de SEAS utilisent des milliards de ces défauts de diamant ponctuels. Le système peut fonctionner avec une seule vacance, mais, malheureusement, dans ce cas, un seul photon peut être émis à la fois, au lieu d'un flux de lumière rouge.

À l'avenir, l'équipe de recherche espère explorer la possibilité de travailler avec d'autres défauts atomiques, par exemple les lacunes de silicium dans les diamants. Cela aidera peut-être à mieux contrôler les ondes radio.

Lors des essais sur une radio diamant, les scientifiques ont travaillé, y compris dans des conditions de température élevée - environ 350 degrés Celsius. «Les diamants ont des propriétés uniques», explique le chef de projet. «Cette radio peut fonctionner dans l'espace, dans des conditions difficiles ou dans le corps humain.»

L'étude a été soutenue par le Centre STC pour les matériaux quantiques intégrés .

Source: https://habr.com/ru/post/fr400171/