Τα διαμάντια έχουν παραδοσιακά αναγνωριστεί για την απαλή τους ομορφιά και τη διάρκεια τους, τώρα όμως αναδεικνύονται ως θεμελιώδες υλικό σε ένα νέο κύμα κβαντικών τεχνολογιών που έχουν τη δυνατότητα να μεταμορφώσουν το πεδίο της τηλεπισκόπησης, της ιατρικής, της πλοήγησης και της ασφάλειας.
Μέσω της εισαγωγής μικροσκοπικών ατελειών σε αυτό που είναι εν γένει άψογες κρυσταλλικές δομές διαμαντιών, οι ερευνητές εκμεταλλεύονται τις κβαντικές τους ιδιότητες, δημιουργώντας εξαιρετικά ευαίσθητους αισθητήρες ικανούς να ανιχνεύουν ελάχιστες μαγνητικές και ηλεκτρομαγνητικές διακυμάνσεις. Αυτή η εξέλιξη κατατάσσει τα διαμάντια στο επίκεντρο της «δεύτερης κβαντικής επανάστασης», όπως αναφέρεται σε σχετικό άρθρο των Financial Times.
Η πρώτη κβαντική επανάσταση, που εκτυλίχθηκε στο 20ο αιώνα, περιλάμβανε την κατανόηση της κβαντομηχανικής και την εφαρμογή της σε τομείς όπως οι ημιαγωγοί, τα λέιζερ και οι υπεραγωγοί. Η δεύτερη επανάσταση προχωρά ακόμα πιο πέρα, επιτρέποντας τον ακριβή έλεγχο των κβαντικών καταστάσεων και ανοίγοντας νέες δυνατότητες στην υπολογιστική, την κρυπτογράφηση, τον χρονισμό και την ανίχνευση.
Αν και οι κβαντικοί υπολογιστές γενικής χρήσης απέχουν ακόμα, οι κβαντικοί αισθητήρες βρίσκονται ήδη κοντά σε πρακτικές εφαρμογές, καθιστώντας τους ένα από τα πρώτα εμπορικά προϊόντα αυτού του αναδυόμενου κλάδου.
Διαμάντια: Η Ανάπτυξη στην Κβαντική Ανίχνευση
Τα διαμάντια είναι μοναδικά προσαρμοσμένα για κβαντική ανίχνευση λόγω των φυσικών και ατομικών τους χαρακτηριστικών. Το ανθεκτικό πλέγμα ατόμων άνθρακα τα καθιστά ανθεκτικά στις διακυμάνσεις, και οι πυρήνες άνθρακα είναι μαγνητικά «ήσυχοι», δημιουργώντας ένα ιδανικό περιβάλλον για ευαίσθητα κβαντικά φαινόμενα. Αυτή η σταθερότητα επιτρέπει σε ορισμένες κβαντικές καταστάσεις να διατηρούνται ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου, προσφέροντας ένα πλεονέκτημα έναντι άλλων κβαντικών συστημάτων που απαιτούν αυστηρές συνθήκες ψύξης.
Οι πωλήσεις κοσμημάτων με φυσικά διαμάντια έχουν πέσει δραματικά μετά την πανδημία Covid-19, εν μέρει λόγω του ανταγωνισμού από οικονομικά συνθετικά πετρώματα.
Το χαρακτηριστικό που επιτρέπει αυτές τις εφαρμογές είναι το κέντρο κενού αζώτου (NV). Αυτό δημιουργείται όταν ένα άτομο άνθρακα αντικαθίσταται από αζώτο, αφήνοντας μια κενή θέση. Σε αυτό το σημείο, τα ηλεκτρόνια αποκτούν μια κβαντική ιδιότητα γνωστή ως «σπιν», η οποία μεταβάλλεται ανάλογα με τις μικροσκοπικές διακυμάνσεις στα μαγνητικά ή ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Αυτές οι αλλαγές μπορούν να ανιχνευθούν διότι επηρεάζουν την ένταση του φωτός που εκπέμπεται από το κέντρο NV, καθιστώντας τα διαμάντια υπερευαίσθητους αισθητήρες που μπορούν να παρακολουθούν ακόμα και σύγχρονες διαταραχές μακρινών αντικειμένων.
Η ανακάλυψη ενός σπάνιου ροζ διαμαντιού πριν από 20 χρόνια, το οποίο είχε την ικανότητα να διατηρεί κβαντικές καταστάσεις σε θερμοκρασία δωματίου, ενέπνευσε τον ερευνητικό τομέα να εξετάσει τα διαμάντια που καλλιεργούνται στο εργαστήριο, αναπτύσσοντας τεχνικές για τη δημιουργία αξιόπιστων κέντρων NV με την προσθήκη αζώτου κατά την ανάπτυξή τους.
Σύμφωνα με τους Financial Times, εταιρείες όπως η Element Six, η οποία ανήκει εν μέρει στην De Beers, βρίσκονται στην πρωτοπορία αυτής της καινοτόμου τεχνολογίας.
Αυτοί οι τεχνολογικοί μετασχηματισμοί συμβαδίζουν με κρίσιμες προκλήσεις για τη βιομηχανία διαμαντιών, καθώς οι πωλήσεις κοσμημάτων έχουν παρουσιάσει σημαντική πτώση μετά την πανδημία, εν μέρει λόγω της αυξανόμενης δημοτικότητας των συνθετικών διαμαντιών.
Ο κρύσταλλος των διαμαντιών αποτελείται από επαναλαμβανόμενες μονάδες 18 ατόμων διαταγμένων σε κυβικό σχήμα.
Τα Τεχνητά Διαμάντια ως Λύση
Αντιμέτωπες με την πτώση των πωλήσεων, οι εταιρείες στρέφονται προς τα «διαμάντια τεχνολογίας», που προορίζονται για κβαντική ανίχνευση, λέιζερ και ημιαγωγούς. Παρά το γεγονός ότι τα πρωτογενή κβαντικά διαμάντια δημιουργήθηκαν για πρώτη φορά πριν από πάνω από 15 χρόνια, οι τελευταίες βελτιώσεις έχουν μειώσει το κόστος και έχουν ενισχύσει την αξιοπιστία τους κατά πολύ. Σήμερα, οι μεμονωμένοι αισθητήρες διαμαντιών κοστίζουν μόλις μερικές χιλιάδες δολάρια.
Στους τομείς της ιατρικής, οι κβαντικοί αισθητήρες θα μπορούσαν να προσφέρουν εναλλακτικές λύσεις για τα παραδοσιακά ηλεκτροκαρδιογραφήματα.
Αν και τα διαμάντια δεν είναι ιδανικά για κβαντικούς υπολογιστές μεγάλης κλίμακας, είναι εξαιρετικά ικανά για εφαρμογές ανίχνευσης. Η ανθεκτικότητα και η σταθερότητά τους τα καθιστούν ελκυστικά για ανάπτυξη σε πραγματικές συσκευές. Αν και άλλα υλικά, όπως το γραφένιο, μπορούν να παράγουν κβαντικά φαινόμενα, τα διαμάντια προσφέρουν ένα σημαντικό πλεονέκτημα λόγω της αντοχής τους.
Οι πιθανές εφαρμογές για τους κβαντικούς αισθητήρες διαμαντιών είναι ευρείες. Στην αεροπορία, θα μπορούσαν να επιτρέψουν τη δημιουργία συστημάτων πλοήγησης βασισμένων στο μαγνητικό πεδίο της Γης, προσφέροντας μια εναλλακτική λύση στους εύθραυστους δορυφόρους GPS. Στη γεωλογία, θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν λεπτές μαγνητικές αλλαγές που αποκαλύπτουν υπόγεια κοιτάσματα ορυκτών. Οι ερευνητές οραματίζονται επίσης νέες διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή μέσω μικροσκοπικών αισθητήρων διαμαντιών που διαβάζουν νευρικά σήματα.
Η ιατρική αναδεικνύεται ως μια από τις πιο υποσχόμενες πρώιμες αγορές. Οι κβαντικοί αισθητήρες θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν παραδοσιακά ηλεκτροκαρδιογραφήματα με λεπτομερείς μετρήσεις καρδιολογικών δεδομένων, χωρίς άμεση επαφή. Εντυπωσιακά, τα νανοδιαμάντια έχουν τη δυνατότητα να επαναστατήσουν στην ανίχνευση ασθενειών, αποδεικνύοντας ικανότητες έως και 1.000 φορές πιο ευαίσθητες από τις τρέχουσες γρήγορες δοκιμές.
Διεθνείς ερευνητικοί κόμβοι και νεοσύστατες επιχειρήσεις σε όλη την Ευρώπη, την Αυστραλία και άλλες περιοχές εργάζονται με πυρετώδη ρυθμό για την εξερεύνηση αυτών των δυνατοτήτων. Αν και παραμένει αβέβαιο πώς θα ξεδιπλωθεί η πρώτη μεγάλη εμπορική ανακάλυψη, η δυναμική στο πεδίο συνεχώς αυξάνεται. Καθώς οι επιστήμονες βελτιώνουν την τεχνολογία και μειώνουν το κόστος, τα διαμάντια πιθανόν να παίξουν ρόλο πολύ διαφορετικό από αυτόν που γνωρίζουμε, διαμορφώνοντας ένα μέλλον όπου η πραγματική τους αξία έγκειται στην κβαντική ακρίβεια και όχι μόνο στην καταναλωτική τους αξία.
Πηγή: OT.gr
