Spesialis Harvard membuat radio terkecil di dunia dari intan

Radio ini hanyalah awal dari pekerjaan, di masa depan, para ilmuwan berencana untuk menggunakan sifat-sifat berlian lainnya untuk membuat komponen elektronik mini.

Peneliti dari SEAS ( Sekolah Teknik dan Ilmu Pengetahuan Terapan Harvard John A. Paulson ) telah menciptakan radio terkecil di dunia berlian merah muda. Lebih tepatnya, peran penerima tidak dimainkan oleh berlian itu sendiri, tetapi oleh cacat kecil secara mikroskopis dalam kristal yang berukuran beberapa atom. Radio kecil itu sendiri terdiri dari balok-balok yang ukurannya dua atom. Kerjakan penerima seperti itudapat dalam kondisi yang paling buruk, ketika semua perangkat elektronik gagal. Mungkin permukaan Venus, mulut gunung berapi. Sistem serupa dapat digunakan dalam pengobatan - misalnya, menggunakan modul serupa sebagai alat pacu jantung.

Pemimpin tim pengembangan adalah Marko Lončar. Dia, bersama dengan mahasiswa pascasarjananya Linbo Shao, muncul dengan ide untuk menggunakan cacat titik pada berlian, yang dikenal sebagai lowongan pengganti nitrogen dalam berlian. Cacat itu sendiri merupakan pelanggaran terhadap struktur kisi kristal berlian, yang terjadi ketika atom karbon dikeluarkan dari situs kisi dan kekosongan yang terbentuk terikat pada atom nitrogen.

Keunikan cacat ini terletak pada kenyataan bahwa sifat-sifatnya hampir mirip dengan sifat-sifat atom, apakah itu "beku" dalam kisi kristal berlian: spin elektron dari pusat individu mudah dimanipulasi: oleh cahaya; medan magnet, listrik, dan gelombang mikro; - yang memungkinkan Anda merekam informasi kuantum (qubit) di belakang inti tengah. Manipulasi semacam itu dimungkinkan bahkan pada suhu kamar; pusat memiliki waktu penyimpanan yang lama (mencapai beberapa milidetik) dari polarisasi spin yang diinduksi ... Saat ini, pusat NV dapat dianggap sebagai elemen logis dasar dari prosesor kuantum masa depan, yang diperlukan untuk membuat komputer kuantum, jalur komunikasi dengan protokol keamanan kuantum dan aplikasi spintronik lainnya.

Untuk menciptakan kekosongan tersubstitusi-nitrogen, para peneliti mengganti atom karbon dalam berlian kecil dengan atom nitrogen, menghilangkan salah satu atom tetangga. Akibatnya, sebuah sistem dibentuk dari atom nitrogen dan "lubang". Pekerjaan dapat digunakan untuk memancarkan satu foton, atau untuk mendeteksi medan magnet yang lemah. Sistem jenis ini dicirikan oleh sifat photoluminescent, yang berarti kemungkinan mengubah informasi menjadi cahaya. Ini membuka kemungkinan menggunakan lowongan yang disubstitusi nitrogen dalam komputasi kuantum, fotonik, dan bidang lainnya.

Bahkan berlian alami dan sintetis (tipe IIa) dengan kemurnian tinggi mengandung yang kecilkonsentrasi pusat NV. (Berlian sintetis kemurnian tinggi dibuat menggunakan deposisi uap kimia (CVD)). Jika konsentrasi pusat tidak cukup, maka sampel diiradiasi dan dianil. Iradiasi dilakukan oleh partikel berenergi tinggi (10–80 keV); bisa berupa aliran: elektron, proton, neutron, dan partikel gamma. Pusat NV dibuat pada kedalaman hingga 60 mikron. Menariknya, NV0 terutama terletak hingga kedalaman 0,2 μm. Lowongan yang dibuat pada suhu kamar tidak aktif, tetapi dengan meningkatnya suhu (di atas 800 ° C) mobilitas mereka meningkat secara signifikan. Atom nitrogen yang dimasukkan ke dalam kisi menangkap salah satu lowongan dan menciptakan NV− dengan lowongan yang berdekatan.


Adapun radio, mereka biasanya terdiri dari lima komponen dasar: sumber energi, penerima, transduser yang mengubah gelombang elektromagnetik menjadi arus listrik, regulator, dan dinamika. Sistem yang dibuat oleh spesialis Harvard memiliki semua komponen ini, meskipun tidak dalam bentuk yang biasa kita lihat.

Sumber energi di sini adalah sinar laser, yang ditujukan untuk elektron dalam lowongan yang disubstitusi nitrogen. Elektron peka terhadap medan elektromagnetik, sehingga mereka bereaksi terhadap gelombang radio di bawah pengaruh sinar laser. Ketika kekosongan mendeteksi gelombang radio, itu mengubahnya menjadi lampu merah, yang diarahkan melalui fotodioda (dalam hal ini, konverter). Ia mengubah cahaya menjadi arus. Selanjutnya, arus diubah menjadi suara menggunakan speaker.

Tetapi bagaimana dengan mengatur penerima seperti itu? Para ilmuwan juga telah memecahkan masalah ini. Mereka menciptakan medan magnet di sekitar berlian, yang dapat dikontrol untuk mengubah frekuensi gelombang radio yang dirasakan oleh lowongan. Sinyal dapat diperkuat jika Anda bekerja dengan lebih banyak lowongan. Peneliti SEAS menggunakan miliaran cacat berlian seperti titik. Sistem ini dapat bekerja dengan satu lowongan, tetapi, sayangnya, dalam hal ini, hanya satu foton yang dapat dipancarkan pada suatu waktu, alih-alih aliran lampu merah.

Di masa depan, tim peneliti berharap untuk mengeksplorasi kemungkinan bekerja dengan cacat atom lainnya, misalnya, dengan lowongan silikon di berlian. Mungkin ini akan membantu untuk lebih mengontrol gelombang radio.

Saat melakukan uji coba radio berlian, para ilmuwan bekerja, termasuk dalam kondisi suhu tinggi - sekitar 350 derajat Celcius. "Berlian memiliki sifat unik," kata manajer proyek. "Radio ini dapat bekerja di ruang angkasa, dalam kondisi sulit, atau di tubuh manusia."

Penelitian ini didukung oleh STC Center for Integrated Quantum Materials .

Source: https://habr.com/ru/post/id400171/