Los paraguas estándar salen cuando el cielo se oscurece, pero en el nanomundo, las formas de paraguas pueden ser la próxima forma creativa de mejorar la emisión de luz. Inspirado por el trabajo reciente para mejorar la luminiscencia de las estructuras de nanopilares de diamante, un equipo de investigadores en Japón hadescubrieron que las nanoestructuras de diamante "en forma de paraguas" con espejos de metal en la parte inferior son colectores de fotones más eficientes que sus "primos" de nanoestructura de diamante de otras formas.
Al ajustar la forma de las nanoestructuras de diamantes en forma de pequeños paraguas, los investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio demostraron experimentalmente que la intensidad de fluorescencia de sus estructuras era de tres a cinco veces mayor que la del diamante a granel. Informan sus resultados en eldiario letras de física aplicada , de AIP Publishing.
Para comenzar, el equipo formó las nanoestructuras de diamantes en forma de paraguas mediante el uso de una técnica de fabricación original "de abajo hacia arriba" que se basa en el crecimiento selectivo y anisotrópico a través de agujeros en una máscara de metal. La máscara de metal también sirve como un espejo que esautoalineado a las nanoestructuras de diamante.
"Nuestra nanoestructura en forma de paraguas tiene un efecto similar a una lente de inmersión sólida, lo que reduce la posibilidad de una reflexión total en su superficie superior y enfoca la luz emitida hacia el 'lado superior' de la estructura", explicó Mutsuko Hatano, profesoren el Departamento de Electrónica Física de la Facultad de Ciencias e Ingeniería del Instituto de Tecnología de Tokio.
El espejo autoalineado va un paso más allá para mejorar la eficiencia de recoger esta luz al reflejarla en el área de la superficie inferior de la nanoestructura.
"El diamante en forma de paraguas proporciona una eficiencia de recolección de fotones significativamente mejor que el diamante a granel o su contraparte de diamante en forma de pilar, que ya se han estudiado ampliamente", señaló Hatano.
La importancia del descubrimiento del equipo es que han demostrado que la intensidad de fluorescencia más brillante de las nanoestructuras de diamantes en forma de paraguas se puede lograr mejorando la eficiencia de recolección de fotones de los centros de vacantes de nitrógeno, que son los numerosos defectos puntuales en los diamantes que ocurrenpara presumir de la propiedad de la fotoluminiscencia.
Estos centros de vacantes de nitrógeno poseen propiedades únicas, como la inicialización óptica y la detección de sus estados de espín, fluorescencia estable y fuerte incluso desde un solo centro, y un tiempo de coherencia de espín largo a temperatura ambiente. Estas propiedades hacen que los centros de vacantes de nitrógeno en diamantes sean candidatos para el próximodispositivos cuánticos basados en espín de generación, tales como magnetómetros, computadoras cuánticas, y para investigación o trabajo que involucra observaciones biológicas. Los centros individuales de vacantes de nitrógeno podrían funcionar esencialmente como las unidades básicas de las computadoras cuánticas.
La intensidad de fluorescencia más brillante es un aspecto esencial para mejorar la eficiencia de recolección de fotones de los centros de disponibilidad de nitrógeno. Debido al alto índice de refracción 2.4 del diamante, la eficiencia de recolección de fotones de los centros de disponibilidad de nitrógeno en el diamante a granel es baja ". En otrosEs decir, el diamante funciona como una guía de ondas de luz efectiva en entornos de bajo índice de refracción ", dijo Hatano.
En términos de aplicaciones, las nanoestructuras del equipo pueden encontrar uso en sensores magnéticos altamente sensibles para realizar observaciones biológicas o dentro del ámbito de la ciencia computacional para la computación cuántica y las comunicaciones criptográficas.
A continuación, Hatano y sus colegas planean buscar un mejor control de la forma de las nanoestructuras, así como apuntar a una superficie más lisa optimizando las condiciones de crecimiento de la deposición de vapor químico.
"Nuestro objetivo ahora es mejorar la eficiencia de la recolección de fotones de las nanoestructuras", dijo. "También planeamos demostrar sensores cuánticos, en particular, magnetómetros altamente sensibles destinados a ciencias de la vida y aplicaciones médicas".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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