Многие из лучших, мощнейших квантовых датчиков могут быть созданы на небольшие кусочки алмаза, но это приводит к отдельный вопрос: трудно наклеить алмаз в клетку и заставить ее работать.

"Все те процессы, которые вам действительно нужно, чтобы зонд на молекулярном уровне, вы не можете использовать что-то очень большое. Вы должны идти внутрь клетки. Для этого нам нужны наночастицы", - сказал университета Чикагской школы Притцкеровской кандидата молекулярной технических наук Ури Цви. "Люди воспользовались алмазных нанокристаллов в качестве биосенсоров и раньше, но они обнаружили, что они работают хуже, чем мы ожидали. Значительно хуже".

ЗВИ-первый автор статьи, опубликованной в Трудах Национальной академии наук , который занимается этим вопросом. Совместно с исследователями из UChicago PME и Университета Айовы Цви объединил знания клеточной биологии, квантовых вычислений, старомодных полупроводников и телевизоров высокой четкости, чтобы создать революционно новый квантовый биосенсор. Поступая таким образом, они проливают свет на давнюю тайну квантовых материалов.

Заключив алмазную наночастицу в специально разработанную оболочку - технология, вдохновленная телевизорами QLED, - команда создала не только квантовый биосенсор, идеально подходящий для живой клетки, но и открыла новые возможности для модификации поверхности материала для улучшения его квантовых свойств.

"Это уже одна из самых чувствительных вещей на земле, и теперь они нашли способ еще больше улучшить ее в ряде различных сред", - сказал главный исследователь Zvi, профессор UChicago PME. Аарон Эссер-Кан, соавтор статьи.

Ячейка, полная бриллиантов

Кубиты, размещенные в нанокристаллах алмаза, сохраняют квантовую когерентность, даже когда частицы достаточно малы, чтобы быть "поглощенными" живой клеткой - хорошей метафорой является то, что клетка глотает и пережевывает их, не выплевывая. Но чем меньше частицы алмаза, тем слабее квантовый сигнал.

"Это возбужденных людей, что эти квантовые датчики могут быть приведены в живых клетках и, в принципе, быть полезным в качестве датчика", - сказал Чикагского университета ПВО пом. Профессор Петер Маурер, соавтор статьи. "Однако, хотя эти вроде квантовых датчиков внутри большой кусок сыпучих алмазов очень хорошие квантовые свойства, когда они находятся в нано-алмазы, когерентные свойства квантовых свойств, на самом деле значительно сокращено."

Здесь, Цви повернулся к неожиданному источнику вдохновения-квантовая точка LED-телевизоры. QLED телевизоры используют яркие флуоресцентные квантовые точки для трансляции в богатом, полном цветов. В первые дни, цвета были яркие, но нестабильные, склонны внезапно мигает выкл.

"Исследователи обнаружили, что вокруг квантовых точек с тщательно разработанной оболочек подавляет пагубное поверхностных эффектов и увеличения их выбросов", - сказал Цви. "И сегодня вы можете использовать ранее нестабильную квантовую точку как часть вашего телевизора".

Работа с Чикагского университета ПВО и управления знаток химии квантовая точка проф. Дмитрий Talapin, соавтор статьи, Цви рассудил, что, поскольку оба комплекта вопросы -- флуоресценция квантовых точек и наноалмазов ослабленный сигнал, он произошел от состояния поверхности, подобный подход может сработать.

Но так как датчик это означало, чтобы перейти в живое тело, не всякий снаряд будет работать. Эксперт immunoengineering, эссеры-Кан помог разработать кремний-кислород (силоксановые) оболочки, которая бы, как улучшить квантовые свойства и не предупреждать иммунную систему, что-то пошло не так.

"Поверхностные свойства большинство этих материалов являются липкими и неупорядоченных таким образом, что клетки иммунной системы могу сказать, что это не должно было там быть. Они выглядят, как инородный предмет, чтобы иммунная клетка," Эссер-Кан. "Силоксановым покрытием все выглядит как большой, ровный сгусток воды. И поэтому организм с гораздо большим удовольствием поглощает, а затем пережевывает подобную частицу".

Предыдущие усилия, чтобы улучшить квантовые свойства алмазных нанокристаллов методами поверхностной обработки показали ограниченный успех. В результате, команды ожидали только скромные успехи. Вместо этого, они увидели до четырехкратное улучшение в согласованности спин.

Что увеличиваться, а также 1.8-кратное увеличение флуоресценции и отделять существенное увеличение оплаты стабильности-было загадкой, как непонятно и увлекательное.

Все лучше и лучше

"Я хотел бы попробовать, чтобы пойти спать, но оставаться думали о том, что там происходит? Спина согласованности становится лучше ... но почему?" сказал Университета Айовы пом. Профессор Денис Кандидо, второй автор новой бумаги. "Я думаю, что если мы сделаем этот эксперимент? Что если мы сделаем этот расчет?' Это было очень волнующе, и в итоге, мы нашли причину для улучшения согласованности."

Междисциплинарная команда-биоинженер, ставший квантово-ученый Цви, immunoengineer Эссер-Кана и квантовых инженеров Маурер и Talapin ... вывел Кандидо и Университета Айовы физики и астрономии профессор Майкл Flatté, чтобы предоставить некоторые теоретические основы исследования.

"То, что я нашел очень захватывающим является то, что некоторые старые идеи, которые имеют решающее значение для полупроводниковой электронной технологии оказались очень важно для этих новых квантовых систем", - сказал Flatté.

Они обнаружили, что добавление кремния, оболочка не только защищает поверхности алмаза. Это в корне изменили квантовое поведение внутри. Материал интерфейса вождения, чтобы перевести электрон из алмазов в оболочку. Слой электронов от атомов и молекул, которые обычно снижают квантовой когерентности более чувствительный и стабильный способ читать сигналы из живых клеток.

Это позволило команда для определения удельной поверхности сайтах, которые ухудшают когерентность и сделать квантовые приборы менее эффективно, решая давнюю тайну в квантовой области зондирования и открывать новые двери для технических инноваций и фундаментальных исследований.

"Конечный результат - это не просто улучшенный датчик, но и новая количественная основа для разработки когерентности и стабильности заряда в квантовых наноматериалах", - сказал Цви.