Tongcang (Tony) Li vlevo. Kredit: Charles Jischke / Purdue University.

Diamanty nejsou jenom pro okrasu. Týká se to mimo jiné i nanodiamantů, které jsou příliš malé na to, aby mohly esteticky potěšit případného diváka. Přesto ale nacházejí uplatnění v celé řadě aplikací, včetně napínavého výzkumu.

Tým americké Purdue University polechtal levitující nanodiamanty laserem a roztočil je šílenou rychlostí 1,2 miliardy otáček za minutu. Jak lakonicky poznamenal Michael Irving z platformy New Atlas, nejde jen o nejmenší diskokouli na světě, ale také je to pozoruhodný nástroj pro kvantové fyziky.

Nanodiamant v iontové pasti. Kredit: Kunhong Shen / Purdue University.

Jak udělat z nanodiamantů diskokouli? Nejprve je nutné vyrobit nanodiamanty o průměrné velikosti 750 nanometrů, za vysokého tlaku a teploty. Pak Tongcang Li a jeho kolegové ozářili nanodiamanty vysokoenergetickými elektrony, aby v nich vytvořili defekty ve formě NV center (nitrogen-vacancy), které je možné využít k uložení kvantové informace.

Logo. Kredit: Purdue University.

Současně vytvořili iontové pasti (surface ion trap) nanesení tenké vrstvy zlata na safírový podklad. Ve zlaté vrstvě vyleptali strukturu ve tvaru řeckého písmene omega. Když je iontová past připojena k elektrickému proudu a umístěna ve vakuu, vznikne elektromagnetické pole, v němž nanodiamant levituje nad povrchem.

Nanodiamant rotující rychlostí 1,2 miliardy otáček za minuty zaslouží respekt. Do rekordně rychle rotujícího objektu má ale daleko, i když nositelem tohoto rekordu je shodou okolností stejný výzkumný tým z Purdue, jak jsme psali na OSLU v červenci 2018. Li a spol. dokázali roztočit nanočinku oslňující rychlostí 300 miliard otáček za minutu.

V případě rotujících nanodiamantů šlo o praktičtější záležitost než o Guinnessovův rekord. Když badatelé osvítili rotující nanodiamant zeleným laserem, začal sám zářit červeně. Díky tomu bylo možné odečítat spiny elektronů v NV defektech nanodiamantu. Současně ozařovali nanodiamant infračerveným laserem, což přineslo informaci o jeho rotaci. Porovnání obou měření prozradilo, jak divoká rotace ovlivňuje kvantovou informaci uloženou v NV defektech. Zní to nevinně, ale hrátky s nanodiamanty, lasery a vakuem mají ve skutečnosti co dělat s ostře sledovaným výzkumem kvantové gravitace.

Video: Levitating diamond in vacuum with a surface ion trap

Literatura

Purdue University 13. 8. 2024.

Nature Communications 15: 5063.