Posun pro průmysl. V nanodiamantech zažehl světlo tým s českým lídrem
Objev mezinárodního týmu vědců pod vedením Čecha Petra Cíglera může obrátit naruby svět medicíny a průmyslu. Jde o nový postup při průmyslové výrobě kvalitnějších a dostupnějších kvantových nanodiamantů. Konkrétně: co nyní trvá čtyřicet let, zvládne novinka za týden. Objev popsal prestižní vědecký časopis Advanced Functional Materials.
Nanodiamanty, tedy částice diamantu o velikosti několika nanometrů, mají díky svým unikátním vlastnostem široké využití jak v průmyslu, tak v medicíně. Mají extrémní tvrdost, vysokou tepelnou vodivost a chemickou stabilitu.
Dosud ale nebyl – zjednodušeně řečeno – jejich potenciál využit naplno. Vědci proto nyní vyvinuli novou metodu pro vytvoření kvantových center (NV center), tedy „svítivých“ kvantových center v diamantech. Ta umožní vznik nových vysoce citlivých diagnostických přístrojů.
Právě NV centra dělají z nanodiamantů zajímavé prvky. Vytvářejí jakýsi „atomový dvojdefekt“ – kvantový systém, který se chová jako umělý atom uvnitř diamantu. Má přesně definované energetické hladiny a dá se řídit světlem a magnetickým polem.
„Díky novému postupu můžou laboratoře i firmy na celém světě získat velké množství velmi kvalitních nanodiamantů s NV centry, což otevírá dveře novým technologiím – od precizních senzorů pro lékařskou diagnostiku až po lokální detektory molekul využívající například principy magnetické rezonance,“ říká Petr Cígler z Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd ČR.
Úspěch nezůstane jen v laboratořích – má i komerční přesah. Zásadní podíl na projektu má totiž americká firma MegaDiamond, která plánuje nastartovat průmyslovou výrobu těchto nanosenzorů.
Vědci postup pojmenovali PTQ (Pressure and Temperature Qubits). Diamantový prášek se při něm vloží do lisu, který vyvine velmi vysoký tlak a teplotu, čímž napodobuje podmínky panující hluboko v zemském plášti.
V nanodiamantech následně vzniknou kvantová centra. Aby se částice nespekly dohromady, přidává se obyčejná kuchyňská sůl, která se při zahřívání roztaví a vytvoří ochranné prostředí. Po skončení procesu se sůl jednoduše odstraní vodou a zůstane po ní čistý, zářící materiál. Vzniklé částice mají navíc lepší optické i kvantové vlastnosti než ty vyrobené konvenční metodou.
„Dokázali jsme přípravu kvantových center v nanodiamantech více než tisíckrát zrychlit oproti standardnímu postupu. Dosud bylo nutné ozařovat diamantový prášek svazkem nabitých částic po dobu dvou týdnů a potom jej žíhat při vysoké teplotě. Výsledkem byl přitom jen necelý gram použitelného materiálu. Teď jej umíme vyrobit v kilogramovém množství,“ upozorňuje Michal Gulka, první autor studie a postdoktorand z Cíglerovy skupiny.
