Los diamantes son gemas preciosas compuestas de carbono puro. Poseen un brillo impresionante y son resistentes. Su estridencia y claridad han hecho del diamante una pieza de lujo; están en la joyería, pero también se pueden usar para cortar y pulir otros diamantes, incluso tienen su función en la industria tecnológica. Pero ¿qué hay de su uso científico?

Los nanodiamantes (NDs) son diamantes con tamaño del orden de nanómetros, y poseen centros de color (en específico nitrógeno-vacante, NV) que han llamado la atención de la ciencia. Sus propiedades únicas son exploradas por diversos campos de la nanotecnología y nano-óptica.

Un proyecto de la Unidad Foránea Monterrey

Es el caso Rodolfo Cortés Martínez, investigador del Centro de Investigación Científica y Educación Superior (CICESE), adscrito a la Unidad Foránea Monterrey. Su campo de estudio es la nano-óptica y la plasmónica, y el proyecto de investigación más reciente con el que explora esta rama se denomina “Fluorescencia de nanodiamantes en campo cercano óptico”.

Las características de los centros de color de los NDs son la estabilidad de su fluorescencia, el control óptico del espín -flujo de energía por la función de onda de una partícula-, y su capacidad para emitir fotones individuales a temperatura ambiente (un fotón es una partícula de luz portadora de la interacción electromagnética).

Los centros de color NV son defectos en el diamante que se comportan como fuentes fluorescentes de fotones individuales cuya emisión únicamente puede verse con luz infrarroja. Debido a su fotoestabilidad -no parpadean ni se blanquean-, se ubica en un rango visible y cercano al infrarrojo, lo que hace a los nanodiamantes adecuados para varias aplicaciones de diagnóstico, imagen y biomedicina, también en la criptografía, la computación gráfica y sensores de temperatura.

Acoplamiento de PPS y NV

En entrevista virtual, Rodolfo Cortés explicó que el trabajo de investigación se enfoca en el estudio de los centros de color de los nanodiamantes en sistemas plasmónicos, en este caso, en su acoplamiento de la fluorescencia a los plasmones polaritones de superficie (PPS).

Pero, ¿qué son PPS y por qué pueden ser acoplados a la fluorescencia emitida por los centros NV de los nanodiamantes? Son ondas electromagnéticas que viajan sobre metales y permiten la propagación de luz. Estas ondas de energía suelen ser extensas y las superficies de metal donde se propagan son de escala pequeña, por lo que las ondas no logran penetrar directamente en las estructuras de metal.

Lo que busca el doctor Rodolfo y el equipo de investigadores de la Unidad Foránea Monterrey, es generar nuevas fuentes de luz -a través de los NDs-, productoras de estas ondas en una escala de pequeña propagación y con menos extensión en las superficies metálicas. De esta manera se lograría aprovechar toda la energía.

Señaló que el proyecto analiza de manera numérica y experimental -mediante campo cercano-, el proceso de acoplamiento para evaluar su eficiencia; modificando lo que se conoce como condiciones de la frontera y hacer que las ondas se acoplen con la fluorescencia de los NV.

Sus aplicaciones

Rodolfo Cortés Martínez explicó que los centros de color en nanodiamantes pueden tener diversas aplicaciones, como el caso de la biomedicina, por ejemplo, en la detección de enfermedades que pudieran localizarse a través de la ingesta de NDs diluidos con solución, o en la criptografía cuántica, con la encriptación al enviar información, pues los centros de color tienen también propiedades físicas.

¿Qué busca el proyecto?

Algunas de las metas del proyecto son determinar la caracterización óptica del sistema NV-plasmón, conocer su atribución de acoplamiento, analizar las propiedades de la emisión y cuantificar el número de los centros de color. También se espera generar nuevos conocimientos en los campos de la nano-óptica, plasmónica y plasmónica cuántica.

¿Quiénes integran el equipo?

El estudio se encuentra en su tercera y última etapa, y el equipo está conformado por los siguientes investigadores del CICESE: Rodolfo Cortés Martínez, César García Ortiz, Dorilian López Mago y Víctor Coello Cárdenas.

Debido a la pandemia los resultados de la investigación fueron presentados recientemente en el MOPM 2021 y el Congreso Nacional de Física 2021.

Finalmente, Rodolfo Cortés aseguró que la investigación es sólo el inicio de otros estudios relacionados con el tema que son y serán abordados por el equipo de expertos de la Unidad Foránea Monterrey del CICESE.

Palabras clave: Nanodiamantes, óptica, centros de color, Unidad Foránea Monterrey