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Los nanodiamantes son pequeñas partículas de diamante de unos pocos nanómetros. Como son químicamente muy estables y pueden albergar los llamados centros de color -defectos ópticamente activos en la red cristalina-, se consideran materiales prometedores para las tecnologías cuánticas, la detección y la investigación biomédica.
Sin embargo, hasta ahora ha sido difícil producir nanodiamantes de tamaño uniforme, gran pureza y propiedades ópticas integradas con precisión.
Un equipo internacional de investigación dirigido por Yingke Wu y Tanja Weil, catedrática del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros, ha desarrollado una nueva estrategia de síntesis: en lugar de descomponer los diamantes más grandes en partículas más pequeñas, el equipo construye nanodiamantes desde la base utilizando bloques de construcción de nanografeno definidos molecularmente. A alta presión y temperatura, estas moléculas planas de carbono se convierten directamente en nanoestructuras altamente cristalinas similares al diamante.
La principal ventaja de este método ascendente reside en su control a nivel molecular. Dado que la estructura, el tamaño y la composición de las moléculas de partida se definen con precisión, las propiedades de los nanodiamantes resultantes pueden controlarse con mucha más eficacia que con los métodos convencionales de fresado o descendentes. Gracias a esta estrategia, el equipo pudo producir nanodiamantes especialmente pequeños y uniformes, de unos tres o cuatro nanómetros.
Otro aspecto importante es que los centros de color ópticamente activos pueden incorporarse a la red del diamante directamente durante la síntesis. Mediante el uso de precursores moleculares adecuados, se pueden generar emisores basados en silicio y germanio sin necesidad de implantación iónica, irradiación o tratamiento posterior. Esto permite producir nanodiamantes fluorescentes con propiedades ópticas a medida en un solo paso de síntesis.
"Creemos que esta plataforma ofrece una base escalable para desarrollar sensores cuánticos, emisores fotónicos integrados y nanomateriales programables basados en diamantes", afirma Tanja Weil.
Los nuevos nanodiamantes moleculares abren oportunidades prometedoras para aplicaciones en tecnología cuántica, por ejemplo como fuentes estables de fotón único o sensores a nanoescala. También son interesantes para la investigación biológica y médica: a largo plazo, podrían servir como robustos reporteros ópticos para visualizar procesos en células u otros entornos biológicos a las escalas más pequeñas.
Los hallazgos del equipo internacional se han publicado en la revista Nature. En el estudio participaron el Sincrotrón Alemán de Electrones (DESY), la Universidad Goethe de Fráncfort, la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia, el Instituto Leibniz de Nuevos Materiales, el Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces, el Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros, la Universidad de Cambridge, la Universidad del Sarre, la Universidad de Gotinga y la Universidad de Ulm.
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