[PHYS ORG] 과학자들은 다이아몬드 결함이 데이터 전송을 보호하고 온도를 측정할 수 있음을 발견했습니다.

Skoltech, Moscow Pedagogical State University 및 기타 연구 센터의 과학자들은 살아있는 세포와 같은 매우 작은 물체 내에서 양자 정보 처리 및 정확한 원격 온도 측정에 사용할 수 있는 다이아몬드의 새로운 종류의 결함을 발견했습니다. 조사 결과는 물리적 검토 B.

컬러 센터는 일반적으로 다이아몬드와 같은 투명한 결정에 있는 다양한 특성의 결함에 대한 포괄적인 용어입니다. 일반적으로 색상 중심은 다이아몬드의 결정 격자에 통합된 질소와 같은 외부 원자로, 근처에 하나 이상의 탄소 원자가 없습니다.

주는 것 컬러 센터 그들의 이름은 광학적 특성입니다. 다이아몬드 자체는 투명하지만 가시 광선, 컬러 센터는 빛을 흡수하여 다소 좁은 스펙트럼 대역, 즉 매우 특정한 색상(파장)으로 효과적으로 다시 방출하는 기술적으로 매력적인 능력을 가진 그 안에 있는 반점입니다. 중요한 것은 컬러 센터가 효과적으로 방출할 수 있다는 것입니다. 단일 광자. 이 협대역 단일 광자 방출이 유용한 몇 가지 잠재적 응용 분야가 있습니다.

단일 광자는 다음을 위한 빌딩 블록입니다. 양자 광학 및 양자 정보 응용 프로그램. 예를 들어, 이러한 광자는 궁극적인 데이터 보안 기술인 양자 암호화에 유용합니다. 두 당사자 간의 안전한 정보 전송을 가능하게 하고 암호화된 메시지와 키 교환을 포함합니다.

키는 보안 채널을 통해 전송되어야 하며 일부 양자 키 배포 프로토콜에는 식별할 수 없는 단일 광자의 효과적인 소스가 필요합니다. 이는 편광 및 파장과 같은 방출된 광자의 매개변수가 높은 정확도로 일치해야 함을 의미합니다.

컬러 센터에서 광자 방출의 또 다른 흥미로운 특성은 방출된 빛의 파장이 주변 온도에 민감하다는 것입니다. 이것은 이러한 결함에 의해 생성된 광자가 다이아몬드가 있는 환경의 온도에 대한 정보를 전달한다는 것을 의미합니다.

과학자들이 컬러 센터가 내장된 나노다이아몬드를 만들 수 있다는 사실을 감안할 때 공간 및 온도 분해능이 높은 매우 작은 온도계를 만드는 것이 가능합니다. 연구원들에 따르면, 그러한 온도 감지는 생물학적 응용에서 잘 작동할 것입니다. 다른 연구에서는 내부 온도 변화를 조사하기 위해 이미 나노다이아몬드를 세포에 도입했습니다.

“다이아몬드의 컬러 센터는 약 40년 동안 알려지고 연구되었습니다. 우리가 발견한 새로운 품종은 잠재적인 기술 응용 분야에서 우수한 특성을 가지고 있습니다. 즉, 우리 센터에서 방출되는 스펙트럼 범위는 이전에 알려진 컬러 센터.협대역 방출과 높은 밝기는 더 민감한 온도계를 만들 것입니다.” 연구의 주 저자인 Skoltech Ph.D. 학생 Arthur Neliubov는 논평했습니다.

그는 새로운 컬러 센터의 또 다른 흥미로운 특성은 협대역 여기(narrow-band excitation)라고 덧붙였습니다. 이들은 좁은 스펙트럼 대역에서 빛을 방출할 뿐만 아니라 선택적으로 흡수합니다. 어떤 면에서는 동일한 클래스의 모든 컬러 센터가 약간씩 다르며, 이를 악용하여 매우 표적화된 방식으로 응답을 유도할 수 있는 애플리케이션이 있습니다.

예를 들어 다색 이미징으로 알려진 생물학에서 사용되는 분석 기술이 있습니다. 여기서 “결함이 있는” 마이크로다이아몬드는 무독성, 비방사성 및 매우 고유한 바이오마커로 유용할 수 있습니다.

새로운 컬러 센터는 지금까지 다이아몬드 샘플에서 방출되는 빛을 특성화하는 형광 스펙트럼 그래프의 특징 세트로 식별됩니다. 그러나 이러한 결함 센터의 실제 특성은 아직 알려지지 않았습니다. 연구자들은 몇 가지 추측을 하고 있지만 더 많은 연구가 필요하다고 말합니다.

Neliubov는 “우리는 의도적으로 결함을 도입하지 않았지만 연구에서 보고된 컬러 센터는 세 가지 다른 배치의 순수한 합성 마이크로다이아몬드에서 약간의 변화만 나타냈습니다.”라고 말했습니다.

“마이크로다이아몬드는 아다만탄이라는 유기 화합물을 전구체로 사용하여 고압, 고온 합성을 통해 생산되었습니다. 이러한 컬러 센터가 천연 다이아몬드와 다른 방법으로 생산된 합성 다이아몬드에서도 나타나는지는 아직 확인되지 않았습니다. ”

새로 발견된 컬러 센터에 대한 향후 연구를 위한 팀의 다른 계획에는 광학 특성 매우 낮은 온도에서. 사실 이것은 결정 격자의 물리적 결함이 컬러 센터의 기저에 있음을 드러낼 수 있습니다.

연구팀에 따르면 이번 발견은 새로운 방법의 개발로 가능해졌다. 연구원들은 주사 전자 현미경과 형광 분광법이라는 두 가지 다른 실험 기술을 결합했습니다.

“이를 통해 우리는 컬러 센터를 나타내는 가장 흥미로운 마이크로다이아몬드에 라벨을 지정하고 다른 장비를 사용하여 동일한 다이아몬드에 대해 여러 일련의 실험을 수행할 수 있었습니다. 또한 실험 설정의 높은 감도를 통해 우리가 보고 있는 지점까지 분석을 확대할 수 있었습니다. 개별 컬러 센터에서. 그것이 우리가 이 새로운 등급의 이미터를 특성화할 수 있었던 방법입니다.”라고 Neliubov는 설명했습니다.