在電氣工程助理教授 Justus Ndukaife 的帶領(lǐng)下，范德比爾特大學(xué)的研究人員首次引入了一種方法，利用低功率激光束捕獲和移動(dòng)以氮空位為中心的單個(gè)膠體納米金剛石。人類一根頭發(fā)的寬度大約是 90000 納米，而納米金剛石小于 100 納米。Ndukaife 解釋說，這些碳基材料是少數(shù)幾種能夠釋放所有光的基本單位——單個(gè)光子的材料之一，這是未來量子光子學(xué)應(yīng)用的基石。
       目前，利用聚焦在納米級(jí)金屬表面附近的光場(chǎng)可以捕獲納米金剛石，但無法通過這種方式移動(dòng)它們，因?yàn)榧す馐唿c(diǎn)太大了。利用原子力顯微鏡，科學(xué)家們需要花費(fèi)數(shù)小時(shí)將納米金剛石一個(gè)一個(gè)地推入強(qiáng)化排放環(huán)境的位置，以形成有用的結(jié)構(gòu)。此外，Ndukaife 說，為了創(chuàng)造糾纏源和量子位 ( 提高量子計(jì)算機(jī)處理速度的關(guān)鍵元素 ) ，幾個(gè)納米金剛石發(fā)射器需要緊密地結(jié)合在一起，這樣它們就可以相互作用產(chǎn)生量子位。
       Ndukaife 說 :" 我們打算通過跨學(xué)科的方法使捕捉和操縱納米金剛石變得更簡(jiǎn)單。"" 我們的鑷子是一種低頻電熱等離子體鑷子 ( LFET ) ，將一小部分激光束與低頻交流電場(chǎng)結(jié)合在一起。這是一種捕捉和移動(dòng)納米金剛石的全新機(jī)制。" 原本冗長(zhǎng)、耗時(shí)數(shù)小時(shí)的過程被縮短為幾秒，LFET 是同類技術(shù)中第一個(gè)可伸縮的傳輸和按需組裝技術(shù)。
       Ndukaife 的工作是量子計(jì)算的關(guān)鍵組成部分，這項(xiàng)技術(shù)將很快實(shí)現(xiàn)從高分辨率成像到不可破解系統(tǒng)、更小的設(shè)備和計(jì)算機(jī)芯片的大量應(yīng)用。2019 年，美國(guó)能源部投資了 6070 萬美元，用于推進(jìn)量子計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。
       " 控制納米金剛石來制造高效的單光子源，可以用于這類技術(shù)，這將塑造未來。" Ndukaife 表示，" 為了增強(qiáng)量子特性，必須將量子發(fā)射器 ( 如帶有氮空位中心的納米金剛石 ) 與納米光子結(jié)構(gòu)相結(jié)合。"
       Ndukaife 打算進(jìn)一步探索納米金剛石，將它們排列到納米光子結(jié)構(gòu)上，以提高其發(fā)射性能。有了這些技術(shù)，他的實(shí)驗(yàn)室將探索在信息處理和成像的芯片平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)超亮單光子源和糾纏的可能性。
       " 我們可以利用這項(xiàng)研究建立起很多東西。"Ndukaife 說，" 這是第一項(xiàng)允許我們使用低功率激光束在二維中動(dòng)態(tài)操縱單個(gè)納米尺度物體的技術(shù)。"
       這項(xiàng)研究得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì) ECCS-1933109 的資助。
       論文原文：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c00357