Исследователи из Университета Мельбурна и CSIRO (Австралия) совместно с японским Национальным институтом квантовых наук и технологий (QST) разрабатывают технологию превращения низкосортной алмазной пыли в высокопроизводительные квантовые материалы. Цель — создать масштабируемое производство квантовых наноалмазов с центрами азот-вакансия (NV-центрами), которые смогут работать при комнатной температуре.
Почему алмазы подходят для квантовых технологий
Обычные квантовые системы требуют сверхнизких температур, близких к абсолютному нулю. Это делает их сложными и дорогими в повседневном использовании. Алмазы с определёнными дефектами — NV-центрами — позволяют создавать квантовые сенсоры, которые работают при комнатной температуре.
NV-центр возникает, когда в кристаллической решётке алмаза один атом углерода замещается атомом азота, а соседний атом углерода отсутствует, образуя вакансию. Такие дефекты чувствительны к магнитным и электрическим полям, температуре и другим параметрам. Их можно использовать для высокоточного квантового зондирования.
Однако создание качественных NV-центров в крупных алмазных кристаллах — сложный и дорогой процесс. Использование алмазной пыли (нанодиамантов) позволяет добиться тех же свойств при значительно меньших затратах.
Как превратить пыль в квантовый материал
Учёные работают над методами создания стабильных NV-центров именно в наноалмазах. Главные задачи на ближайшее время — повысить воспроизводимость и качество материала, разместить NV-центры как можно ближе к поверхности частиц (это критично для чувствительности) и проверить стабильность и сенсорные характеристики полученных наноалмазов.
Если технологию удастся масштабировать, Австралия сможет производить квантовые материалы из местного сырья, не завися от импорта дорогостоящих квантовых кристаллов.
Проект реализуется в партнёрстве с японским QST. Это позволяет австралийским исследователям получить доступ к передовым возможностям и опробовать новые подходы к изготовлению. Одновременно развивается национальная экспертиза — важный фактор технологического суверенитета в эпоху, когда глобальные цепочки поставок становятся всё более ненадёжными.
В перспективе такие материалы могут найти применение в квантовых сенсорах для медицины (обнаружение биомаркеров), навигации, обнаружения угроз, а также в квантовых вычислениях и коммуникациях.
