Nanodiamante
Los nanodiamantes , o nanopartículas de diamantes , son diamantes con un tamaño inferior a 1 micrómetro . [2] Pueden producirse por eventos de impacto como una explosión o impactos meteoríticos. Debido a su síntesis económica a gran escala, su potencial de funcionalización de la superficie y su alta biocompatibilidad , los nanodiamantes se investigan ampliamente como un material potencial en aplicaciones biológicas y electrónicas e ingeniería cuántica . [3] [4]
En 1963, los científicos soviéticos del Instituto de Investigación de Física Técnica de toda la Unión notaron que los nanodiamantes eran creados por explosiones nucleares que utilizaban explosivos de activación a base de carbono. [3] [5]
Hay tres aspectos principales en la estructura de las nanopartículas de diamante a considerar: la forma general, el núcleo y la superficie. A través de múltiples experimentos de difracción, se ha determinado que la forma general de las nanopartículas de diamante es esférica o elíptica. En el núcleo de las nanopartículas de diamante se encuentra una jaula de diamante, que se compone principalmente de carbonos. [6] Si bien el núcleo se parece mucho a la estructura de un diamante, la superficie de las nanopartículas de diamante en realidad se parece a la estructura del grafito. Un estudio reciente muestra que la superficie está formada principalmente por carbonos, con altas cantidades de fenoles, pironas y ácido sulfónico, así como grupos de ácido carboxílico, grupos hidroxilo y grupos epóxido, aunque en menor cantidad. [7]Ocasionalmente, se pueden encontrar defectos como los centros vacantes de nitrógeno en la estructura de las nanopartículas de diamante. La investigación de 15N NMR confirma la presencia de tales defectos. [8] Un estudio reciente muestra que la frecuencia de los centros vacantes de nitrógeno disminuye con el tamaño de las nanopartículas de diamante. [9]
Además de las explosiones, los métodos de síntesis incluyen la síntesis hidrotermal, el bombardeo de iones, el bombardeo con láser, las técnicas de deposición química de vapor con plasma de microondas, la síntesis por ultrasonidos [10] y la síntesis electroquímica. [11] Además, la descomposición del C 3 N 4 grafítico a alta presión y alta temperatura produce grandes cantidades de nanopartículas de diamante de alta pureza. [12]Sin embargo, la síntesis por detonación de nanodiamantes se ha convertido en el estándar de la industria en la producción comercial de nanodiamantes: los explosivos más comúnmente utilizados son mezclas de trinitrotolueno y hexógeno u octógeno. La detonación se realiza a menudo en una cámara de acero inoxidable sellada, libre de oxígeno y produce una mezcla de nanodiamantes con un promedio de 5 nm y otros compuestos grafíticos. [13] En la síntesis de detonación, los nanodiamantes se forman bajo presiones superiores a 15 GPa y temperaturas superiores a 3000 K en ausencia de oxígeno para evitar la oxidación de las nanopartículas de diamante. [13]El rápido enfriamiento del sistema aumenta los rendimientos de nanodiamantes ya que el diamante sigue siendo la fase más estable en tales condiciones. La síntesis de detonación utiliza refrigerantes a base de gas y líquidos, como argón y agua, espumas a base de agua y hielo. [13] Debido a que la síntesis de detonación da como resultado una mezcla de partículas de nanodiamantes y otras formas de carbono grafítico, se deben emplear métodos de limpieza extensivos para eliminar las impurezas de la mezcla. En general, el tratamiento con ozono gaseoso o la oxidación con ácido nítrico en fase de solución se utiliza para eliminar los carbonos sp2 y las impurezas metálicas. [13]
El defecto del centro NV consiste en un átomo de nitrógeno en lugar de un átomo de carbono junto a una vacante (espacio vacío en lugar de un átomo) dentro de la estructura reticular del diamante. [14] Los avances recientes (hasta 2019) en el campo de los nanodiamantes en aplicaciones de detección cuántica que utilizan NV se han resumido en la siguiente revisión. [15]
La aplicación de un pulso de microondas a tal defecto cambia la dirección de su espín electrónico . La aplicación de una serie de pulsos de este tipo (secuencias de desacoplamiento de Walsh) hace que actúen como filtros. Al variar el número de pulsos en una serie se cambia la dirección de giro un número diferente de veces. [14] Extraen eficientemente coeficientes espectrales mientras suprimen la decoherencia, mejorando así la sensibilidad. [16] Se utilizaron técnicas de procesamiento de señales para reconstruir todo el campo magnético. [14]
