banner
Centro de Noticias
Nuestros productos son fáciles de usar, convenientes y seguros.

Los nanodiamantes permiten el femtosegundo

Sep 09, 2023

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 6286 (2023) Citar este artículo

1065 Accesos

1 Altmetric

Detalles de métricas

Las propiedades cuánticas de los nanodiamantes fluorescentes ofrecen una gran promesa para la fabricación de dispositivos cuánticos habilitados para aplicaciones físicas. Sin embargo, los nanodiamantes deben combinarse adecuadamente con un sustrato para explotar sus propiedades. Aquí, mostramos que el vidrio ultrafino y flexible (grosor de 30 micras) puede funcionalizarse con nanodiamantes y nanoformarse utilizando pulsos intensos de femtosegundos para diseñar sensores cuánticos híbridos nanomecánicos basados ​​en voladizos. Por lo tanto, los voladizos de vidrio ultrafinos fabricados muestran propiedades ópticas, electrónicas y magnéticas estables de los centros de vacantes de nitrógeno, incluida una fluorescencia bien definida con líneas de cero fonones y resonancia magnética detectada ópticamente (ODMR) cerca de 2,87 GHz. Demostramos varias aplicaciones de detección del voladizo de vidrio ultrafino fluorescente mediante la medición de pulsos acústicos, el campo magnético externo mediante la división de Zeeman de los centros NV o el calentamiento inducido por láser CW mediante la medición del desplazamiento térmico de las líneas ODMR. Este trabajo demuestra la idoneidad del vidrio ultrafino fluorescente procesado con femtosegundos como un nuevo sustrato versátil para dispositivos cuánticos multifuncionales.

Los centros de vacantes de nitrógeno (NV) en nanopartículas de diamante han atraído un gran interés en el desarrollo de sistemas cuánticos nanomecánicos híbridos (HNQ) debido a sus propiedades ópticas, térmicas, magnéticas y biológicas únicas con aplicaciones interdisciplinarias en física, biología, análisis químico e imágenes1,2 ,3,4,5,6. En la mayoría de los sistemas HNQ, los nanodiamantes que poseen un solo centro NV o un conjunto de ellos se combinan con varias plataformas, como un resonador basado en SiN, un oscilador mecánico o microvoladizos para detectar la tensión, la temperatura y el campo magnético utilizando la alta sensibilidad de los estados cuánticos NV. a su entorno local7,8,9. Además, los nanodiamantes se han inyectado directamente en varios sistemas para obtener imágenes de fluorescencia y termometría unicelular con resolución a nanoescala10,11. Los centros NV proporcionan una plataforma de estado sólido prometedora para tecnologías cuánticas debido a su funcionamiento a temperatura ambiente con tiempos de coherencia de espín prolongados12,13 y técnicas ópticas bien establecidas para la inicialización y lectura de espín con alta fidelidad14,15. Sin embargo, existe un interés creciente en combinar los centros NV con nuevos materiales, así como en desarrollar nuevas técnicas de fabricación para explotar su potencial para la detección cuántica.

Previamente, los centros NV se han preparado sobre diversos sustratos aislantes y semiconductores en forma de voladizos16,17,18, microcavidades19, perovskita cerámica20 y membranas poliméricas21. Dichos dispositivos HNQ fabricados en superficies de diamante y silicio tienen la ventaja de ser livianos y altamente sensibles a los cambios en el entorno local. Se han demostrado muchas aplicaciones potenciales de los sensores basados ​​en NV, como mediciones de fuerza a través de sondas de exploración magnética y microscopía de fuerza atómica (AFM)22,23, actuadores de alta velocidad20 y detección de moléculas individuales y proteínas24,25,26. La técnica tradicional de grabado en ángulo se ha utilizado para fabricar sistemas HNQ independientes en las superficies de diamante o silicio mediante litografía por haz de electrones (EBL) y grabado con plasma anisotrópico en alto vacío16,27,28. Previamente, se ha estudiado la interacción de los pulsos de láser de femtosegundos con los centros de NV y estos pulsos de láser se han utilizado para crear centros de NV en el chip de diamante29,30.

Recientemente, está disponible comercialmente vidrio de alta calidad con un espesor de 30 µm que tiene excelentes propiedades mecánicas, alta flexibilidad, planitud superficial nanométrica y alta transparencia óptica. El sustrato de vidrio ultrafino (UT) se está volviendo esencial para varias aplicaciones del mercado masivo debido a su bajo costo, alta tenacidad superficial y excelente planeidad por debajo de 1 nm. El vidrio UT se ha utilizado para una amplia gama de aplicaciones, como la fabricación de dispositivos de microfluidos31,32,33, dispositivos electrónicos flexibles34, fotónica35,36 y líneas de retardo de attosegundos estables37. Sin embargo, sigue sin explorarse la posibilidad de combinar las extraordinarias propiedades mecánicas del vidrio UT con las propiedades cuánticas del centro NV para construir sensores cuánticos flexibles. Uno puede preguntarse si la capacidad de nanoprocesamiento de la ablación con láser de femtosegundo se puede utilizar para fabricar voladizos de detección cuántica basados ​​en vidrio UT habilitados para nanodiamantes.

Aquí, demostramos una ruta asistida por láser de femtosegundos hacia vidrio UT funcionalizado con nanodiamantes en forma de nano en forma de voladizos de precisión con puntas a nanoescala. Nuestro enfoque propone realizar sensores cuánticos híbridos combinando las excelentes propiedades mecánicas del vidrio UT con las propiedades cuánticas de los centros NV. Mostramos que un voladizo de vidrio UT fabricado con láser exhibe fluorescencia NV y ODMR que permiten explotar cuantitativamente estas propiedades para la detección cuántica híbrida de pulsos acústicos, campo magnético y calentamiento por láser del voladizo.

Utilizamos pulsos de láser de femtosegundos intensos para cortar el vidrio UT con precisión a nanoescala para fabricar voladizos decorados con nanodiamantes. Comenzamos con un sustrato de vidrio UT flexible disponible comercialmente (Fig. 1a) de espesor t = 30 µm y lanzamos una capa submicrométrica de nanodiamantes. El tamaño de los nanodiamantes era de aproximadamente 120 nm y su cristalinidad se caracterizó mediante microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM) y difracción de rayos X (XRD) (Fig. 1b, c). El espacio interplanar como se deduce de la imagen HRTEM es 2,06 Å que corresponde a (111) planos atómicos de nanodiamantes38. Observamos claramente un pico característico bien definido a 43,9° que corresponde a (111) planos de red atómica del nanodiamante (archivo JCPDS n.° 79-1467)39. La solución coloidal de nanodiamantes (20 µL) de dos concentraciones (1 mg/mL y 0,5 mg/mL) se revistió por rotación sobre vidrio UT como se muestra en la Fig. 1d. El recubrimiento se secó en un desecador durante aproximadamente 24 horas. La imagen FESEM del vidrio recubierto de nanodiamante concentrado de 1 mg/mL muestra una capa continua de 1000 nm a 2 µm de espesor de nanodiamante sobre el vidrio (Fig. 1e). Para concentraciones más bajas de las muestras recubiertas por rotación, se encontró que el espesor de la capa de nanodiamantes era de 500 nm a 1 µm (Fig. S1). No se controló la uniformidad de la capa de nanodiamantes, sin embargo, cubrieron toda la superficie del voladizo NV-UT. Los espectros de fluorescencia de la capa de nanodiamantes en el vidrio UT (después del corte por láser) a tres potencias diferentes (6, 10 y 20 µW) de una iluminación láser de onda continua verde se muestran en la Fig. S2a. Se observaron las características líneas de cero fonones (ZPL) a 575 nm y 637 nm correspondientes a NV0 y NV−1, respectivamente, que se superponen a una emisión de banda ancha FWHM de aproximadamente 100 nm con una longitud de onda máxima cercana a los 700 nm. La estructura observada cerca de la cola del espectro se atribuye a artefactos de calibración del espectrofotómetro. En la Fig. S2b se muestran mediciones adicionales de los espectros de fluorescencia a una potencia de excitación de 20 µW variando el tiempo de adquisición en el espectrofotómetro. Los recuentos reales de fluorescencia disminuyen gradualmente durante un tiempo de exposición más bajo mientras se conserva la forma de NV.

(a) Imagen óptica de una lámina de vidrio UT que muestra una flexión de 360° (b) Imagen HRTEM de un nanodiamante único típico que muestra un espacio de red atómica de 2,06 Å que corresponde a su plano (111). (c) XRD de los nanodiamantes muestra un pico característico a 43,9° correspondiente al plano (111). ( d ) Ilustración esquemática de la fundición por caída y el recubrimiento por rotación de una película de nanodiamantes en la superficie del sustrato de vidrio UT. (e) Imagen FESEM de sección transversal de vidrio UT recubierto de nanodiamantes para solución concentrada de 1 mg/mL. Se encuentra que el espesor promedio del recubrimiento NV es ~ 1000 nm. (f) Configuración experimental para fabricar voladizos NV-UT utilizando pulsos de láser de femtosegundos. ( g, h ) Imagen FESEM de campo claro e inclinada de una sola punta del voladizo NV-UT, respectivamente. (i) Imagen FESEM de la sección transversal del voladizo NV-UT. Se ve una fina superficie cortada con láser.

Para fabricar voladizos NV-UT de la dimensión elegida, utilizamos una configuración de nanoprocesamiento de femtosegundos hecha a medida (Fig. 1f) donde el tren de pulsos fs de energía controlable por pulso se enfocó firmemente en el vidrio UT. Para determinar el régimen de ablación del vidrio, variamos sistemáticamente la energía del pulso y examinamos la superficie para cortar bajo el microscopio. Para la energía de pulso superior a 0,5 mJ en nuestra configuración, el corte de vidrio UT fue posible con bordes resueltos en nanómetros. El rango de Rayleigh del objetivo del microscopio era de aproximadamente 15 µm, comparable con el grosor del vidrio, lo que garantizaba que simplemente escaneando el rayo fs (velocidad de escaneo de 1 mm/s) en el patrón deseado, el vidrio UT se cortaba en tiempo real en la forma deseada. Como ejemplo específico, fabricamos voladizos NV-UT de unos pocos mm de largo (Fig. 1g) con una punta de unos pocos cientos de nanómetros (Fig. 1h). En la Fig. S3 se muestra un ejemplo más del diseño tipo diapasón. Vale la pena mencionar que el fs-pulse produjo un efecto local sin ningún daño colateral al frágil vidrio. Es importante destacar que la interacción láser-vidrio deja los nanodiamantes en las inmediaciones del foco del láser casi intactos (Fig. 1i para los centros NV en el borde de corte del láser).

Es esencial validar que los centros NV en los nanodiamantes conserven sus propiedades ópticas, electrónicas y magnéticas después de la fabricación basada en pulsos de femtosegundos de la nanopunta en voladizo. Para esto, construimos un microscopio óptico de fluorescencia hecho a la medida, capaz de obtener imágenes de fluorescencia de vista completa en toda el área focal (usando una lámpara), así como excitación de fluorescencia localizada usando un rayo láser. Un campo magnético externo y un calentamiento por láser externo o perturbaciones acústicas también podrían acoplarse al voladizo según se desee. Las imágenes de fluorescencia del voladizo muestran que la fluorescencia NV está en toda la superficie del voladizo, incluida su nanopunta (Fig. 2b, c). Además de esto, también mostramos que es posible capturar la fluorescencia de un micropunto usando excitación láser, por ejemplo, cerca del borde del voladizo, como se muestra en la Fig. 2d. Aquí, vale la pena señalar que debido al centro del orificio de oxígeno sin puente, el sustrato de vidrio en sí mismo podría emitir luminiscencia40,41. Caracterizamos sistemáticamente la fluorescencia debida a los centros de color intrínsecos en el vidrio UT prístino (borosilicato) antes y después del corte por láser (sin recubrimiento NV). Los espectros de luminiscencia del vidrio UT prístino y el vidrio UT cortado con láser de femtosegundo se muestran en la Fig. S4. Tenga en cuenta que estos espectros se recopilan a una potencia de excitación muy alta (5000 µW) y los recuentos por encima del ruido de fondo son insignificantes (~ 20). En nuestro vidrio revestido NV, los recuentos de fluorescencia son aproximadamente 100 veces mayores (~ 1800), para parámetros de medición idénticos. Estas medidas muestran que el fondo de los centros de color intrínsecos en el vidrio UT es insignificante en comparación con la emisión de los centros NV. Para mostrar que los centros NV en la punta en voladizo conservaron sus propiedades cuánticas, medimos los espectros de fluorescencia de los nanodiamantes bajo la excitación del láser CW verde (532 nm) de las potencias antes mencionadas (6, 10 y 20 µW) en la punta del NV -UT en voladizo, como se muestra en la Fig. 2e. Los espectros de emisión óptica muestran la característica ZPL a 575 nm y 637 nm correspondientes a NV0 y NV−1, respectivamente, lo que confirma las propiedades cuánticas inmutables.

( a ) Configuración esquemática para imágenes de fluorescencia, espectroscopia de fluorescencia y espectroscopia ODMR. Fotodiodo de avalancha APD, divisor de haz BS, divisor de haz de cubo CBS, filtro de muesca NF, amplificador A. (b) Una imagen EMCCD (CCD de multiplicación de electrones) que muestra la fluorescencia NV del voladizo NV-UT bajo iluminación de área grande (luz verde). ( c ) Imagen de fluorescencia ampliada de la punta en voladizo. ( d ) Imagen de fluorescencia del voladizo bajo iluminación local del láser verde CW. (e) Los espectros de fluorescencia del centro de NV en la punta en voladizo bajo excitación de láser CW verde (532 nm) (6, 10 y 20 µW) muestran dos líneas de cero fonones a 575 nm para NV 0 y 637 nm para NV−1, respectivamente . ( f ) Los espectros ODMR se registraron mientras se variaban las frecuencias de microondas de 1,35 a 3,1 GHz. Se observó una caída en la intensidad de la fluorescencia a 1,43 y 2,87 GHz.

Además, realizamos detección óptica de resonancia magnética (ODMR), una propiedad cuántica característica de los centros NV, mediante la recolección de fluorescencia inducida por láser de la punta en voladizo NV-UT. El voladizo NV-UT fue excitado simultáneamente por un campo magnético de microondas, cuya frecuencia se escaneó de 1,35 a 3,0 GHz y la fluorescencia se detectó con un fotodiodo de avalancha (APD). La señal de APD mostró caídas claras en el rendimiento de fluorescencia total repetidamente cerca de las líneas ODMR esperadas a 1,44 y 2,87 GHz. Como se muestra en la Fig. 2f, los datos experimentales se ajustaron con un lorentziano doble con división de frecuencia de resonancia de 30 MHz (FWHM de 83 MHz) a 2,87 GHz, lo cual es consistente con tales mediciones anteriores42. Además, la división de campo cero de las líneas NV también se observó previamente y su origen se atribuye a la tensión interna en los nanodiamantes. El mecanismo de modulación MW de la fluorescencia en los centros NV se atribuye a su estructura atómica específica y ha sido discutido en varios trabajos previos43,44. A continuación, explotaremos estas propiedades de los centros NV para demostrar aplicaciones híbridas de detección cuántica del voladizo de vidrio.

La Figura 3a muestra esquemas de la configuración de la magnetometría basada en la división Zeeman de los espectros ODMR del centro NV. Como se muestra en los datos de la Fig. 3b, el ODMR, observamos la división de Zeeman de las líneas ODMR con un aumento en el campo magnético externo (Bex). El Bex se varió de cero a 22,5 G. Además, las líneas ODMR se redujeron y ampliaron gradualmente con Bex. El perfil general de la división de Zeeman concuerda con los sensores magnetomecánicos informados anteriormente45,46.

( a ) Esquema de la configuración experimental para la división de Zeeman. (b) Espectros ODMR con y sin campo magnético externo aplicado Bex = 0, 4,5, 9,5, 13,5, 17,5 y 22,5 G. La ampliación de los espectros se debe a un aumento gradual de Bex (c) NV-UT de nanopunta de extremo abierto respuesta en voladizo a un solo pulso acústico de 160 Hz. (d) Zoom de la respuesta en voladizo NV-UT y el recuadro muestra un esquema de la configuración experimental donde un altavoz genera el pulso acústico en el eje Normal (e) Cambio en la señal ODMR en función del cambio de temperatura (f) Cambio en Se encontró que la frecuencia de resonancia en función de la temperatura era δν/δT = 1,3 MHz/K y el recuadro muestra el esquema de la configuración experimental donde se varió la temperatura cerca de la punta usando un láser CW de 445 nm.

La sensibilidad del campo magnético fue de 20 ± 2 MHz/Gauss, que sigue la fórmula de división de Zeeman para ∆f = 2γBex, donde ∆f es el ensanchamiento de frecuencia y γ = 2,8 MHz/Gauss47. En estas mediciones, el campo magnético fue mayormente homogéneo dentro del volumen de la punta.

Para medir las vibraciones acústicas con el voladizo NV-UT, explotamos una modulación de la punta-fluorescencia cuando el voladizo NV-UT se desplaza del foco exacto debido a la presión del sonido. La calibración entre el cambio en la fluorescencia y el desplazamiento de la punta se muestra en la Fig. S5, lo que sugiere que la posición del voladizo NV-UT se puede detectar linealmente. Para las mediciones acústicas, colocamos cuidadosamente el voladizo NV-UT y lo excitamos en condiciones ambientales con un impulso acústico. Una respuesta nanomecánica típica del voladizo NV-UT se muestra en (Fig. 3c, d) donde el factor de calidad de la vibración fue de alrededor de 40 en el aire. La actuación se repitió con tres impulsos, lo que demuestra que el voladizo NV-UT puede servir como sensor acústico.

Por último, mostramos que el voladizo NV-UT puede medir directamente el calentamiento por láser de la punta con una resolución de microkelvin. La termometría NV está bien establecida y explota el cambio en ODMR del conjunto NV (Fig. 3e) con respecto al cambio de temperatura. Se utiliza láser azul CW (445 nm) para calentar la punta en voladizo. El efecto térmico de la longitud de onda de excitación (532 nm) es despreciable ya que su potencia es baja. La ausencia de calentamiento por láser de 532 nm se confirma aún más por un cambio insignificante en los espectros ODMR tomados a diferentes potencias de 6, 10 y 20 µW (Fig. S6). En nuestro caso, al variar la potencia del láser azul, observamos que la resonancia ODMR cambia con 1,3 MHz/K48, como se muestra en la Fig. 3f, lo que sugiere que esta punta puede usarse para detectar la temperatura local del entorno.

La posibilidad de combinar nanodiamantes y vidrio UT con fabricación basada en láser de femtosegundos ofrece flexibilidad para diseñar dispositivos versátiles. Se puede fabricar cualquier forma y tamaño deseados del voladizo donde su frecuencia resonante se puede ajustar geométricamente con nuestro enfoque de fabricación simple. Además, el procesamiento por láser debería permitir el uso de vidrios aún más delgados para fabricar voladizos, como el que se prepara mediante estirado térmico hasta aproximadamente ≤ 3 µm de espesor49. Además, en nuestro enfoque, todo el voladizo se deposita con nanodiamantes que podrían permitir la detección de fluorescencia en múltiples lugares para aplicaciones específicas. Nuestras medidas corresponden a un conjunto de centros NV en nanodiamantes de 120 nm. Puede valer la pena explorar si este enfoque permite la medición de un solo centro NV mediante el uso de nanodiamantes de tamaño inferior a 10 nm. Sin embargo, con el enfoque basado en femtosegundos es difícil colocar un solo nanodiamante en la nanopunta de forma controlada y dicho objetivo puede lograrse acoplando voladizos de vidrio con captura óptica. Además, también es posible que estos diminutos voladizos NV-UT puedan enfriarse a temperaturas criogénicas para mediciones de baja temperatura.

En conclusión, demostramos que el vidrio UT funcionalizado con nanodiamantes que contienen centros NV se puede cortar con láser en las formas deseadas con precisión a nanoescala para fabricar voladizos nanomecánicos híbridos con capacidades de detección cuántica. Demostramos que el voladizo NV-UT permite la detección cuantitativa de campos acústicos, térmicos y magnéticos. Prevemos que los dispositivos de vidrio UT de fluorescencia procesados ​​con láser se pueden acoplar con cavidades ópticas para varias pruebas experimentales optomecánicas de precisión. Esto podría conducir a la producción en masa de voladizos asequibles para aplicaciones multifuncionales de imágenes y detección.

Se obtuvieron láminas de vidrio ultrafinas a partir de vidrio Schott. El vidrio tiene un espesor t = 30 µm, módulo de Young 72,9 kN/mm2, radio de curvatura < 1 mm y excelente rugosidad superficial (< 1 nm). La solución coloidal de nanodiamantes (vacancia de nitrógeno 3 ppm, tamaño de partícula promedio de 120 nm, 1 mg/ml en agua desionizada) se adquirió de Sigma-Aldrich y se usó sin purificación ni dilución adicionales.

La solución coloidal de nanodiamantes se revistió por rotación a 3000 rpm durante 20 s sobre una lámina de vidrio ultrafina (76 × 26 mm2) con t = 30 µm. En el recubrimiento por rotación, se esparcieron uniformemente 20 µL de solución coloidal de diferentes concentraciones de nanodiamantes (1 mg/mL y 0,5 mg/mL) sobre toda la superficie de los sustratos. Antes de la fabricación de la película delgada, el sustrato se limpió previamente con acetona y metanol usando un baño ultrasónico y luego se secó con gas nitrógeno. El vidrio ultrafino recubierto de nanodiamantes se secó en un desecador durante la noche. Un sistema láser comercial (FEMTOLASERS, Austria) produjo pulsos fs con una duración de pulso de 25 fs en λIR = 800 nm de longitud de onda central a una frecuencia de repetición de 1 kHz con 1–2 mJ de energía por pulso. Los pulsos fs intensos se enfocaron estrechamente con un objetivo 10X (0,25 NA) en una superficie de lámina de vidrio ultrafina recubierta de nanodiamantes. La intensidad pico estimada en el foco varió según el filtro ND y podría alcanzar 9 × 1018 W/cm2. La etapa de muestra se automatizó y ofreció una precisión nanométrica para fabricar voladizos del diseño deseado en condiciones ambientales50. El tiempo de exposición de los pulsos fs se varió de 1 a 1000 ms raster escaneando el vidrio ultrafino (velocidad: 1–100 mm/s, etapa de escaneo XYZ, Thorlabs, EE. UU.). El programa de automatización está escrito en LabView.

Diseñamos a medida un microscopio de fluorescencia con una configuración de espectroscopia ODMR (Fig. 2a). Para las imágenes de fluorescencia, usamos un láser verde de estado sólido de onda continua (CW) (λex = 532 nm) cuya potencia se ajustó de 10 µW a 2 mW usando otro filtro ND (ND4). Para capturar una imagen de fluorescencia de alta resolución del voladizo NV-UT en condiciones de poca luz, se utilizó un EMCCD (Andor) enfriado a -80 °C mientras que una imagen de fluorescencia en color fue capturada por una cámara enfriada ThorLab en color (24 bits). ). Se usó un filtro de muesca de fluorescencia (OD-6, ∆λ = 10 nm) para eliminar la excitación de 532 nm. Se utilizó como resonador un solo cable de cobre (radio = 10 µm) en una placa de circuito impreso51. Se utilizó un generador de señales (Rohde & Schwarz, SMB 100 A) para alimentar una señal de microondas (1 GHz a 3,2 GHz con un tamaño de paso de 1 MHz). Se utilizó un amplificador (Mini Circuits, ZHL-42W+) para una ganancia de 30 dB. Se utilizó un objetivo 40X (ZEISS, 0,75 NA) para maximizar la eficiencia de recolección de los fotones de fluorescencia. Todos los experimentos se realizaron cinco veces.

La configuración de espectroscopia ODMR del microscopio de fluorescencia antes mencionada se modificó aún más para estudiar el efecto del campo magnético, las vibraciones acústicas y la temperatura. Un campo magnético externo fue producido por un solenoide hecho con un alambre de Cu (radio = 1 mm) solenoide (longitud = 4 cm) colocado debajo del resonador. La sonda del medidor de Gauss se colocó aproximadamente 10 µm por encima del cable del resonador. Para el sensor de temperatura HNQ, la temperatura se varió cerca de la punta del voladizo NV-UT usando un láser azul CW (445 nm).

Los datos/código generados en este estudio pueden ser puestos a disposición por KPS ([email protected]) previa solicitud razonable. El autor correspondiente es responsable de presentar una declaración de intereses contrapuestos en nombre de todos los autores del artículo. Esta declaración debe incluirse en el archivo del artículo enviado.

Nakamura, Y. Del proyecto: Sistemas cuánticos híbridos usando modos colectivos en sólidos con simetría rota. Naturaleza 398, 786–788 (1999).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Li, P.-B., Xiang, Z.-L., Rabl, P. y Nori, F. Dispositivo cuántico híbrido con centros de vacantes de nitrógeno en diamante acoplado a nanotubos de carbono. física Rev. Lett. 117, 015502 (2016).

Artículo Anuncios de PubMed Google Académico

Jantzen, U. et al. Nanodiamantes que transportan emisores cuánticos de vacantes de silicio con anchos de línea limitados casi de por vida. Nuevo J. Phys. 18, 073036 (2016).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Fu, C.-C. et al. Caracterización y aplicación de nanodiamantes fluorescentes individuales como biomarcadores celulares. proc. nacional Academia ciencia 104, 727–732 (2007).

Artículo CAS PubMed PubMed Central ADS Google Scholar

Vaijayanthimala, V. & Chang, H. Nanodiamantes fluorescentes funcionalizados para aplicaciones biomédicas. Nanomedicina 4, 47–55 (2009).

Artículo CAS PubMed Google Académico

BarzegarAmiriOlia, M., Donnelly, PS, Hollenberg, LC, Mulvaney, P. & Simpson, DA Avances en la funcionalización superficial de nanodiamantes para aplicaciones biológicas: una revisión. Aplicación ACS. Nano Materia. 4, 9985–10005 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Wang, J., Yao, Z. & Poon, AW Sensores bioquímicos optofluídicos integrados basados ​​en nitruro de silicio que utilizan una guía de onda óptica de resonador acoplado. Frente. Mate. 2, 34 (2015).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Héritier, M. et al. Voladizos Nanoladder hechos de diamante y silicio. Nano Lett. 18, 1814–1818 (2018).

Artículo Anuncios de PubMed Google Académico

Schirhagl, R., Chang, K., Loretz, M. & Degen, CL Centros de vacantes de nitrógeno en diamantes: sensores a nanoescala para física y biología. año Rev. Phys. Química 65, 83–105 (2014).

Artículo CAS PubMed ANUNCIOS Google Académico

Dowling, JP & Seshadreesan, KP Tecnologías ópticas cuánticas para metrología, detección e imagen. J. Luz. Tecnología 33, 2359–2370 (2014).

Artículo Google Académico

Kucsko, G. et al. Termometría a escala nanométrica en una célula viva. Naturaleza 500, 54–58 (2013).

Artículo CAS PubMed PubMed Central ADS Google Scholar

Balasubramanian, G. et al. Tiempo de coherencia de espín ultralargo en diamante de ingeniería isotópica. Nat. Mate. 8, 383–387 (2009).

Artículo CAS PubMed ANUNCIOS Google Académico

Yamamoto, T. et al. Ampliación de los tiempos de coherencia de espín de los qubits de diamante mediante recocido a alta temperatura. física Rev. B 88, 075206 (2013).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Wu, Y. & Weil, T. Desarrollos recientes de sensores cuánticos de nanodiamantes para aplicaciones biológicas. Adv. ciencia 1, 2200059 (2022).

Artículo Google Académico

Zhang, Q. et al. Lectura de disparo único de alta fidelidad del espín de un solo electrón en el diamante con conversión de espín a carga. Nat. común 12, 1–6 (2021).

ANUNCIOS Google Académico

Ahmad, RK, Parada, AC, Hudziak, S., Chaudhary, A. & Jackman, RB Conjunto en voladizo de silicio recubierto de nanodiamantes para detección química. aplicación física Letón. 97, 093103 (2010).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Ficek, M. et al. Integración de partículas de nanodiamantes fluorescentes ricas en nv con voladizos afm mediante un haz de iones enfocado para dispositivos híbridos ópticos y micromecánicos. Recubrimientos 11, 1332 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Smirnov, W. et al. Sondas afm modificadas con diamante: desde nanocables de diamante hasta electrodos de diamante dopados con boro integrados con microscopía de fuerza atómica. Anal. química 83, 4936–4941 (2011).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Schrinner, PP, Olthaus, J., Reiter, DE y Schuck, C. Fotofísica de centros de vacantes de nitrógeno individuales en nanodiamantes acoplados a cavidades de cristal fotónico. http://arxiv.org/abs/2011.11111 (2020).

Kusterer, J. et al. Tecnología voladiza de nanodiamantes accionada piezoeléctricamente para aplicaciones de alta velocidad. diámetro Relativo Mate. 17, 1429–1433 (2008).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Khalid, A. et al. Membranas de fibroína de seda de nanodiamante electrohilado: una plataforma multifuncional para aplicaciones de biodetección y curación de heridas. Aplicación ACS. Mate. Interfaces. 12, 48408–48419 (2020).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Tetienne, J.-P. et al. Microscopio de conjunto de nanoespín de barrido para imágenes magnéticas y térmicas a nanoescala. Nano Lett. 16, 326–333 (2016).

Artículo CAS PubMed ANUNCIOS Google Académico

Tao, Y., Boss, JM, Moores, B. & Degen, CL Resonadores nanomecánicos de diamante monocristalino con factores de calidad superiores a un millón. Nat. común 5, 1–8 (2014).

Artículo Google Académico

Kong, X. & Cheng, P. Aplicación de nanodiamantes en espectrometría de masas biomolecular. Materiales 3, 1845–1862 (2010).

Artículo CAS PubMed Central ADS Google Scholar

Kuo, Y., Hsu, T.-Y., Wu, Y.-C. y Chang, H.-C. Nanodiamante fluorescente como sonda para el transporte intercelular de proteínas in vivo. Biomateriales 34, 8352–8360 (2013).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Hsieh, F.-J. et al. Nanodiamantes fluorescentes bioortogonales para la obtención de imágenes y el seguimiento continuos a largo plazo de proteínas de membrana. Aplicación ACS. Mate. Interfaces. 11, 19774-19781 (2019).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Burek, MJ et al. Nanoestructuras mecánicas y fotónicas independientes en diamante monocristalino. Nano Lett. 12, 6084–6089 (2012).

Artículo CAS PubMed ANUNCIOS Google Académico

Schmidt, A., Jaffe, T., Orenstein, M., Reithmaier, JP y Popov, C. Fabricación de puntas afm de diamante para detección cuántica. En Nanociencia y nanotecnología en seguridad y protección contra amenazas QBRN, 171–185 (Springer, 2020).

Chen, Y.-C. et al. Escritura láser de centros de color coherentes en diamante. Nat. Fotónica 11, 77–80 (2017).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Kononenko, VV et al. Defectos de vacantes de nitrógeno en diamantes producidos por la técnica de nanoablación con láser de femtosegundo. aplicación física Letón. 111, 081101 (2017).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Tang, T. et al. Sistemas de microanálisis total a base de vidrio: materiales, métodos de fabricación y aplicaciones. Sens. Actuadores B Chem. 339, 129859 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Hao, Y., Tanaka, Y., Hosokawa, Y., Li, M. & Yalikun, Y. Un sensor de velocidad de flujo de gas fabricado con láser de femtosegundo utilizando una lámina de vidrio ultrafina de 4 µm. aplicación física Expreso 15, 036502 (2022).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Yuan, Y., Yalikun, Y. & Tanaka, Y. Medición de microdeformación utilizando un voladizo de lámina de vidrio ultrafino y flexible. En Actas de la Conferencia anual de JSME sobre Robótica y Mecatrónica (Robomec) 2022, 2P2–J04 (Sociedad Japonesa de Ingenieros Mecánicos, 2022).

Garner, SM Vidrio flexible: Habilitación de dispositivos electrónicos delgados, livianos y flexibles (Wiley, 2017).

Libro Google Académico

Righini, GC et al. De la electrónica flexible a la fotónica flexible: una breve descripción. Optar. Mate. 115, 111011 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Macrelli, G., Varshneya, AK & Mauro, JC Vidrio ultrafino como sustrato para fotónica flexible. Optar. Mate. 106, 109994 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Dahiya, S. et al. Línea de retardo de attosegundos ultradelgada en línea con referencia directa de retardo de cero absoluto y alta estabilidad. Optar. Letón. 45, 5266–5269 (2020).

Artículo Anuncios de PubMed Google Académico

Shenderova, OA & Gruen, DM Diamante ultrananocristalino: síntesis, propiedades y aplicaciones (William Andrew, 2012).

Google Académico

Liu, Y., Gu, Z., Margrave, JL y Khabashesku, VN Funcionalización de polvo de diamante a nanoescala: derivados de nanodiamantes de fluoro, alquilo, amino y aminoácido. química Mate. 16, 3924–3930 (2004).

Artículo CAS Google Académico

Munekuni, S. et al. Varios tipos de centro de orificio de oxígeno sin puente en vidrio de sílice de alta pureza. Aplicación J. física 68, 1212-1217 (1990).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Skuja, L. Luminiscencia a baja temperatura resuelta en el tiempo de centros de agujeros de oxígeno sin puente en vidrio de sílice. Comunes de estado sólido. 84, 613–616 (1992).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Doherty, MW et al. El centro de color nitrógeno-vacante en diamante. física Rep. 528, 1–45 (2013).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Wojciechowski, AM et al. Detección de temperatura de precisión en presencia de ruido de campo magnético y viceversa utilizando centros de vacantes de nitrógeno en diamante. aplicación física Letón. 113, 013502 (2018).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Geiselmann, M., Marty, R., Renger, J., García de Abajo, FJ y Quidant, R. Posicionamiento asistido por campo cercano óptico determinista de centros de vacantes de nitrógeno. Nano Lett. 14, 1520-1525 (2014).

Artículo CAS PubMed ANUNCIOS Google Académico

Fedotov, I. et al. Magnetometría de fibra óptica con espines orientados aleatoriamente. Optar. Letón. 39, 6755–6758 (2014).

Artículo CAS PubMed ANUNCIOS Google Académico

Czarnecka, P. et al. Películas delgadas de nanodiamantes magnéticamente sensibles sobre fibras de vidrio. Optar. Mate. Expreso 12, 444–457 (2022).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Ma, Z. et al. Radiación de microondas eficiente utilizando un resonador de guía de ondas coplanar de ancho de banda ampliado en el ensamblaje de centros de vacantes de nitrógeno en diamantes. Jpn. Aplicación J. física 58, 050919 (2019).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Acosta, V. et al. Magnetometría de banda ancha por detección de absorción infrarroja de conjuntos de vacantes de nitrógeno en diamantes. aplicación física Letón. 97, 174104 (2010).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Yuan, Y. et al. Fabricación de láminas de vidrio ultrafinas mediante estirado térmico preciso asistido por carga controlada por peso. Sens. Actuadores A. 321, 112604 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Sidhu, MS, Munjal, P. & Singh, KP Nanopatrones de área grande de alta fidelidad de silicio con lámina de luz de femtosegundo. aplicación física A 124, 1–5 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Beha, K. et al. Nanofotónica de diamante. Beilstein J. Nanotecnología. 3, 895–908 (2012).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Descargar referencias

Agradecemos a STARS Grant y DST por la financiación parcial de este trabajo. BP reconoce la financiación de INSPIRE. Agradecemos al Dr. Ananth Venkatesan, IISER Mohali por obtener imágenes de FESEM y proporcionar el generador de señales de MW.

Mehra S. Sidhu

Dirección actual: Departamento de Ciencias del Suelo, Universidad Agrícola de Punjab, Ludhiana, India

Instituto Indio de Educación e Investigación Científica Mohali, Sector 81, Mohali, 140306, India

Bhavesh K. Dadhich, Biswajit Panda, Mehra S. Sidhu y Kamal P. Singh

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

Todos los autores contribuyeron de igual forma en este trabajo.

Correspondencia a Kamal P. Singh.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Dadhich, BK, Panda, B., Sidhu, MS y col. Los nanodiamantes permiten que el vidrio ultrafino procesado en femtosegundos sea un sensor cuántico híbrido. Informe científico 13, 6286 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-30689-7

Descargar cita

Recibido: 06 enero 2023

Aceptado: 28 de febrero de 2023

Publicado: 18 abril 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-30689-7

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.