Une équipe internationale de scientifiques de trois continents dirigée par le Dr Petr Cígler de l'IOCB Prague a développé une méthode permettant de créer des centres quantiques émetteurs de lumière dans des nanodiamants en quelques minutes seulement. En seulement une semaine, le processus peut produire autant de matière que les méthodes conventionnelles en produiraient en plus de quarante ans.
De plus, les nanodiamants obtenus présentent des propriétés optiques et quantiques améliorées. Cette avancée nous rapproche de la production industrielle de nanodiamants quantiques de meilleure qualité et plus abordables, qui ont de larges applications dans la recherche et la technologie. L'article est publié dans Matériaux fonctionnels avancés.
L’équipe de recherche a introduit une nouvelle procédure appelée Qubits de pression et de température (PTQ), qui ne prend que quatre minutes. La poudre de diamant est placée dans une presse qui génère une pression et une température extrêmement élevées, reproduisant les conditions trouvées au plus profond du manteau terrestre. Dans ces conditions, des centres quantiques se forment à l’intérieur des nanodiamants.
Pour éviter que les particules ne fusionnent, du sel de table ordinaire est ajouté. Il fond lors du chauffage, créant un environnement protecteur. Après le processus, le sel est simplement éliminé avec de l'eau, laissant un matériau pur et luminescent.
« Nous avons accéléré la création de centres quantiques dans les nanodiamants de plus de mille fois par rapport à la procédure standard. Jusqu'à présent, la poudre de diamant devait être irradiée avec un faisceau de particules chargées pendant deux semaines, puis recuite à haute température. Le résultat était moins d'un gramme de matériau utilisable. Nous pouvons désormais le produire en kilogrammes », explique le Dr Michal Gulka, chercheur postdoctoral dans le groupe de Petr Cígler et premier auteur de l'étude.
Les nanodiamants sont des particules plus petites qu'un virus utilisées dans les diagnostics avancés pour mesurer les champs magnétiques, la charge ou la température. Ils fonctionnent comme des capteurs très sensibles grâce à un centre de lacune d'azote (NV), un atome d'azote situé à côté d'un atome de carbone manquant dans le réseau de diamant. Le centre NV est fluorescent, ce qui signifie que lorsqu'il est allumé, il émet de la lumière. L'intensité et le moment de cette lumière dépendent des changements dans l'environnement, permettant aux nanodiamants de détecter même des molécules individuelles ou de mesurer la température à l'intérieur des cellules.
L'un des principaux contributeurs au projet est la société américaine MegaDiamond, qui envisage de lancer la production industrielle de ces nanocapteurs.
« Grâce à la nouvelle méthode, les laboratoires et les entreprises du monde entier peuvent obtenir de grandes quantités de nanodiamants de haute qualité grâce aux centres NV, ce qui ouvre la porte à de nouvelles technologies, depuis les capteurs de précision pour le diagnostic médical jusqu'aux détecteurs moléculaires locaux basés sur des principes tels que la résonance magnétique », ajoute le Dr Cígler.
