N-V

Un centro N-V es un defecto puntual en la red cristalina del diamante donde un átomo de nitrógeno se encuentra adyacente a una vacante, o átomo de carbono faltante. La vacante deja un electrón desapareado que puede existir en diferentes estados de espín. Este defecto absorbe y emite luz en la región del infrarrojo cercano alrededor de 637 nanómetros, haciéndolo visible bajo microscopía de fluorescencia estándar.

El centro N-V se ha vuelto importante en la detección cuántica y la computación cuántica porque su espín electrónico puede ser manipulado con radiación de microondas y leído ópticamente. El estado de espín persiste durante milisegundos a temperatura ambiente, tiempo suficiente para una medición práctica. Esta combinación de direccionabilidad óptica y coherencia de espín es rara; la mayoría de los defectos puntuales emiten luz deficientemente o tienen tiempos de coherencia cortos.

Existen dos configuraciones: N-V− con carga negativa, que es la forma fluorescente estable en diamante de alta pureza, y N-V0 neutro, que es menos útil pero presente en diferentes estados de carga dependiendo del nivel de Fermi. El estado N-V− puede ser bombeado ópticamente y reiniciado de manera confiable, haciéndolo adecuado para protocolos cuánticos que requieren inicialización de estado.

Aplicaciones y requisitos de materiales

Es esencial un material huésped de diamante de alta calidad. Los diamantes naturales contienen impurezas no deseadas; el diamante sintético cultivado por deposición química de vapor o métodos de alta presión y alta temperatura ofrece un mejor control. El nivel de dopaje de nitrógeno debe optimizarse: demasiado nitrógeno crea interacciones espín-espín no deseadas y ensancha las líneas espectrales; muy poco reduce la densidad de centros utilizables. Las concentraciones de trabajo típicas son de partes por millón a decenas de partes por millón.

Los centros N-V sirven como magnetómetros, midiendo cambios de campo magnético por debajo del rango de nanoteslas cuando se usan en formato de conjunto o de centro único. También funcionan como sensores de temperatura, explotando la dependencia de la temperatura de la división de campo cero. La investigación sobre el entrelazamiento multicentro trata los arreglos N-V como procesadores cuánticos primitivos. Fuera del laboratorio, el diamante con vacantes de nitrógeno se está integrando en dispositivos de magnetometría para imágenes biomagnéticas y aplicaciones de detección de campo donde se requiere sensibilidad y operación a temperatura ambiente.