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以氮空位為中心的單個膠體納米金剛石。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，利用聚焦在納米級金屬表面附近的光場可以捕獲納米金剛石，但無法通過這種方式移動它們，因為激光束斑點太大了。利用原子力顯微鏡，科學(xué)家們需要花費數(shù)小時將納米金剛石一個一個地推入強(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 ( 提高量子計算機(jī)處理速度的關(guān)鍵元素 ) ，幾個納米金剛石發(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結(jié)合在一起。這是一種捕捉和移動納米金剛石的全新機(jī)制。" 原本冗長、耗時數(shù)小時的過程被縮短為幾秒，LFET 是同類技術(shù)中第一個可伸縮的傳輸和按需組裝技術(shù)。
       Ndukaife 的工作是量子計算的關(guān)鍵組成部分，這項技術(shù)將很快實現(xiàn)從高分辨率成像到不可破解系統(tǒng)、更小的設(shè)備和計算機(jī)芯片的大量應(yīng)用。2019 年，美國能源部投資了 6070 萬美元，用于推進(jìn)量子計算和網(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)，他的實驗室將探索在信息處理和成像的芯片平臺上實現(xiàn)超亮單光子源和糾纏的可能性。
       " 我們可以利用這項研究建立起很多東西。"Ndukaife 說，" 這是第一項允許我們使用低功率激光束在二維中動態(tài)操縱單個納米尺度物體的技術(shù)。"
       這項研究得到了美國國家科學(xué)基金會 ECCS-1933109 的資助。
       論文原文：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c00357