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07 gen 2019

Ricercatori dell'Università di Torino scoprono nuova proprietà dei centri di colore nel diamante

Fisica quantistica
foto

La scoperta dei ricercatori del Dipartimento di Fisica guadagna la copertina della prestigiosa rivista "ACS Photonics"

Il diamante è una pietra preziosa che può esibire una sorprendente varietà di colorazioni, che vanno dall'azzurro al rosa, fino addirittura al nero. Responsabili di queste proprietà ottiche sono le diverse tipologie di difetti ed imperfezioni che possono essere incluse in questo unico cristallo, e che lo rendono ancor più straordinario dal punto di vista ottico. Negli ultimi decenni, ricercatori di tutto il mondo hanno scoperto ed iniziato a sfruttare le proprietà di questi cosiddetti "centri di colore" in ambito non gioielleristico, ma scientifico e tecnologico.

Se opportunamente fabbricati e controllati, infatti, questi difetti possono rivelarsi efficaci sorgenti di "luce quantistica", ovvero possono emettere efficientemente singoli quanti di luce (o fotoni). Una "sorgente di singoli fotoni" dalle caratteristiche operative ideali, ovvero in grado di emettere efficientemente singoli fotoni su richiesta dell'utente, è tutt'altro che una semplice curiosità scientifica. La sua implementazione consentirebbe di rivoluzionare diversi ambiti delle nasciture "tecnologie quantistiche", non ultima la possibilità di trasmettere informazioni intrinsecamente sicure in fibra ottica, codificando "bit" di informazione proprio negli stati dei singoli fotoni emessi in modo controllato.

L'ultimo numero della prestigiosa rivista "ACS Photonics" dedica la propria copertina all'articolo "Single-photon emitters in lead-implanted single-crystal diamond", nel quale ricercatori del Gruppo di Fisica dello Stato Solido del Dipartimento di Fisica hanno dimostrato per la prima volta a livello internazionale le proprietà di emissione di singolo fotone di una nuova tipologia di "centri di colore" nel diamante, basati sull'incorporazione di atomi di piombo in questo cristallo artificiale. Lo studio è stato condotto in collaborazione con il centro interdipartimentale "Nanostructured Interfaces and Surfaces" (NIS) dell'Università di Torino, e con gruppi di ricerca nazionali (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica) ed internazionali (Università di Lipsia, Ruđer Bošković Institute).

Sviatoslav Ditalia Tchernij, primo autore del lavoro e dottorando presso il Dipartimento di Fisica, spiega: "Crediamo che questo studio rappresenti un significativo avanzamento nella ricerca di nuovi e migliori dispositivi emettitori di singolo fotone, e confidiamo che avrà importanti ricadute nel campo delle tecnologie quantistiche". Le tecnologie quantistiche sono oggetto del programma di ricerca Quantum Flagship di recente istituzione, con il quale l'Unione Europea allocherà nell'arco dei prossimi 10 anni un miliardo di Euro allo sviluppo di una nuova generazione di "dispositivi quantistici". Come già avvenuto per la "Prima Rivoluzione Quantistica", che ci ha donato dispositivi come il transistor ed il laser, anche il futuro delle nuove tecnologie quantistiche passa per la conoscenza dei difetti e delle impurità in materiali altamente innovativi.

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