Rendu de dispositif de pince à épiler électrothermoplasmonique basse fréquence. Crédit : Justus Ndukaife
Dirigés par Justus Ndukaife, professeur adjoint de génie électrique, les chercheurs de Vanderbilt sont les premiers à introduire une approche pour piéger et déplacer un nanomatériau connu sous le nom de nanodiamant colloïdal unique avec un centre de lacune d’azote à l’aide d’un faisceau laser de faible puissance. La largeur d’un seul cheveu humain est d’environ 90 000 nanomètres; les nanodiamants font moins de 100 nanomètres. Ces matériaux à base de carbone sont l’un des rares à pouvoir libérer l’unité de base de toute lumière, un seul photon, un élément constitutif des futures applications de la photonique quantique, explique Ndukaife.
Actuellement, il est possible de piéger les nanodiamants à l’aide de champs lumineux focalisés à proximité de surfaces métalliques de taille nanométrique, mais il n’est pas possible de les déplacer de cette façon car les spots du faisceau laser sont tout simplement trop gros. À l’aide d’un microscope à force atomique, il faut des heures aux scientifiques pour mettre en place des nanodiamants un à la fois à proximité d’un environnement favorisant les émissions afin de former une structure utile. En outre, pour créer des sources et des qubits intriqués, éléments clés qui améliorent les vitesses de traitement des ordinateurs quantiques, plusieurs émetteurs de nanodiamants sont nécessaires à proximité les uns des autres afin qu’ils puissent interagir pour créer des qubits, a déclaré Ndukaife.
“Nous avons entrepris de simplifier le piégeage et la manipulation des nanodiamants en utilisant une approche interdisciplinaire”, a déclaré Ndukaife. « Notre pince à épiler, une pince à épiler électrothermoplasmonique basse fréquence (LFET), combine une fraction d’un faisceau laser avec un champ électrique à courant alternatif basse fréquence. Il s’agit d’un mécanisme entièrement nouveau pour piéger et déplacer les nanodiamants. Un processus fastidieux de plusieurs heures a été réduit à quelques secondes, et LFET est la première technologie de transport et d’assemblage à la demande évolutive de ce type.
Pourquoi est-ce important
Le travail de Ndukaife est un ingrédient clé pour l’informatique quantique, une technologie qui permettra bientôt un grand nombre d’applications, de l’imagerie haute résolution à la création de systèmes non piratables et de dispositifs et puces informatiques de plus en plus petits. En 2019, le ministère de l’Énergie investi 60,7 millions de dollars en financement pour faire avancer le développement de l’informatique quantique et des réseaux.
« Contrôler les nanodiamants pour créer des sources de photons uniques efficaces pouvant être utilisées pour ce type de technologies façonnera l’avenir », a déclaré Ndukaife. “Pour améliorer les propriétés quantiques, il est essentiel de coupler des émetteurs quantiques tels que les nanodiamants avec des centres de lacunes d’azote à des structures nanophotoniques.”
Et après
Ndukaife a l’intention d’explorer davantage les nanodiamants, en les disposant sur des structures nanophotoniques conçues pour améliorer leurs performances d’émission. Avec eux en place, son laboratoire explorera les possibilités de sources de photons uniques ultra-lumineuses et d’intrication dans une plate-forme sur puce pour le traitement de l’information et l’imagerie.
« Il y a tellement de choses sur lesquelles nous pouvons utiliser cette recherche pour nous appuyer », a déclaré Ndukaife. “C’est la première technique qui nous permet de manipuler dynamiquement des objets nanométriques uniques en deux dimensions à l’aide d’un faisceau laser de faible puissance.”
Référence : “Electrothermoplasmonic Trapping and Dynamic Manipulation of Single Colloidal Nanodiamond” par Chuchuan Hong, Sen Yang, Ivan I. Kravchenko et Justus C. Ndukaife, 7 juin 2021, Lettres nano.
DOI : 10.1021/acs.nanolett.1c00357
L’article a été publié dans la revue Lettres nano le 7 juin et a été co-écrit par les étudiants diplômés du laboratoire de Ndukaife, Chuchuan Hong et Sen Yang, ainsi que leur collaborateur, Ivan Kravchenko au Laboratoire national d’Oak Ridge.
La recherche a été financée par la subvention de la National Science Foundation ECCS-1933109.
