Científicos desarrollan método revolucionario para producir nanodiamantes cuánticos mil veces más rápido
Un equipo internacional de científicos liderado por el Dr. Petr Cígler del Instituto de Química Orgánica y Bioquímica de Praga (IOCB Prague) ha desarrollado un método revolucionario que permite crear centros cuánticos emisores de luz en nanodiamantes en cuestión de minutos, acelerando el proceso más de mil veces respecto a los métodos convencionales y mejorando sus propiedades ópticas y cuánticas.
El nuevo procedimiento, denominado Pressure and Temperature Qubits (PTQ), reduce drásticamente el tiempo de producción de nanodiamantes cuánticos de alta calidad de dos semanas a tan solo cuatro minutos, según revela un estudio publicado en la revista científica Advanced Functional Materials.
El Dr. Michal Gulka, investigador postdoctoral en el grupo de Petr Cígler y primer autor del estudio, explica: "Hemos acelerado la creación de centros cuánticos en nanodiamantes más de mil veces en comparación con el procedimiento estándar. Hasta ahora, el polvo de diamante debía ser irradiado con un haz de partículas cargadas durante dos semanas y luego recocido a alta temperatura. El resultado era menos de un gramo de material utilizable. Ahora podemos producirlo en kilogramos".
El método PTQ consiste en colocar polvo de diamante en una prensa que genera presión y temperatura extremadamente altas, reproduciendo las condiciones que se encuentran en el manto terrestre. Bajo estas condiciones, se forman centros cuánticos dentro de los nanodiamantes. Para evitar que las partículas se fusionen entre sí, se añade sal de mesa común, que se derrite durante el calentamiento creando un entorno protector. Tras el proceso, la sal se elimina simplemente con agua, dejando un material luminiscente puro.
En solo una semana, este proceso puede producir tanto material como los métodos convencionales producirían en más de cuarenta años, según indican los investigadores.
Los nanodiamantes son partículas más pequeñas que un virus que se utilizan en diagnósticos avanzados para medir campos magnéticos, carga o temperatura. Funcionan como sensores altamente sensibles gracias a un centro de vacante de nitrógeno (NV) – un átomo de nitrógeno ubicado junto a un átomo de carbono faltante en la red cristalina del diamante. El centro NV es fluorescente, lo que significa que cuando se ilumina, emite luz. La intensidad y el tiempo de esta luz dependen de los cambios en el entorno circundante, lo que permite a los nanodiamantes detectar incluso moléculas individuales o medir la temperatura dentro de las células.
Un colaborador clave en el proyecto es la empresa estadounidense MegaDiamond, que planea lanzar la producción industrial de estos nanosensores.
"Gracias al nuevo método, laboratorios y empresas de todo el mundo pueden obtener grandes cantidades de nanodiamantes de alta calidad con centros NV, lo que abre la puerta a nuevas tecnologías, desde sensores de precisión para diagnósticos médicos hasta detectores moleculares locales basados en principios como la resonancia magnética", añade el Dr. Petr Cígler.
El estudio fue respaldado en parte por el proyecto AMULET, que se centra en el desarrollo de nanomateriales multiescala y reúne a ocho socios liderados por el Instituto de Química Física J. Heyrovský. La financiación fue proporcionada a través del Programa Operativo Jan Amos Komenský del Ministerio de Educación, Juventud y Deportes de la República Checa, bajo la categoría de Investigación Excelente.
