ایجاد نقص بلوری در الماس با استفاده از TEM

پژوهشگران با ایجاد تغییراتی در میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) از آن برای ایجاد نقص ساختاری در شبکه‌ی بلوری الماس استفاده کرده و مراکز نقص با دانسیته بالا ایجاد کردند. این فناوری در حوزه‌ی حسگری و محاسبات کوانتومی قابل استفاده است.

محققان دریافتند که می‌توان دسته‌ای متراکم از اسپین‌های کوانتومی را در الماس ایجاد کرد. این کار با استفاده از میکروسکوپ الکترونی با قدرت تفکیک بالا انجام می‌شود. از این فناوری می‌توان برای ساخت حسگرهای تقویت شده و فناوری‌های کوانتومی استفاده کرد.
الماس از اتم‌های کربن ساخته شده که در ساختار بلور در آمده است. اما اگر در شبکه بلور الماس به جای یک اتم کربن، اتم دیگری قرار داده شود، نقص شبکه‌ای ایجاد می‌شود. چنین نقصی را، درصورت جایگزینی اتم نیتروژن به جای کربن، حفره نیتروژن (NV) می‌گویند.
اگر این نقص در معرض تابش لیزر سبز قرار گیرد، نور قرمز ایجاد می‌کند که شدت آن به خواص مغناطیسی محیط بستگی دارد. بنابراین از این فناوری می‌توان برای اندازه‌گیری میدان‌های مغناطیسی، محاسبات کوانتومی و تصویربرداری مغناطیسی (MRI) استفاده کرد.
برای تولید شناساگر مغناطیسی بهینه، دانسیته این نقص‌ها باید افزایش یابد بدون این‌که نویز محیط افزایش یابد و خواص الماس دستخوش تغییر شود.
اخیرا محققان آمریکایی نشان دادند که مراکز NV با دانسیته‌ی بالا را می‌توان با پرتو الکترونی ایجاد کرد. این پرتوها منجر به خروج اتم‌های کربن از شبکه بلوری می‌شوند.
نتایج این کار در قالب مقاله‌ای با عنوان Enhanced concentrations of nitrogen-vacancy centers in diamond through TEM irradiation در نشریه Applied Physics Letters منتشر شده‌است.
در این پروژه محققان میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) را به‌گونه‌ای تغییر دادند که بتوان در این تحقیق از آن استفاده کرد. این دستگاه برای استفاده‌ی محققانی که قصد دارند با دقت و سرعت بالا نقص ساختاری در شبکه بلوری ایجاد کنند، قابل استفاده است.
نتایج این پروژه که منجر به افزایش دانسیته نقص در الماس می‌شود، برای ایجاد بهبود حسگرهای مغناطیسی الماس قابل استفاده است. همچنین می‌توان از آنها در حوزه‌ی تئوری اطلاعات کوانتومی و فیزیک حالت جامد استفاده کرد.
این نقص‌ها دارای خواص منحصر به فردی هستند. بار گیل از محققان این پروژه می‌گوید: « این کار یک گام بلند به سوی استفاده از مراکز NV در الماس بوده، که منبعی برای فناوری‌های کوانتومی است.