Dall'azzurro al rosa, fino addirittura al nero. È l'incredibile gamma di colorazioni che può esibire il diamante grazie alle diverse tipologie di difetti e imperfezioni che possono essere incluse nel suo reticolo cristallino, e che lo rendono ancor più straordinario dal punto di vista ottico. Sono caratteristiche che attraggono l'attenzione più dei ricercatori che dei gioiellieri: gli sforzi, negli ultimi decenni, sono volti a descrivere e sfruttare le proprietà di questi "centri di colore" in ambito scientifico e tecnologico. Se opportunamente fabbricati e controllati, infatti, questi difetti possono rivelarsi efficaci sorgenti di "luce quantistica", possono cioè emettere efficientemente singoli quanti di luce (fotoni). Una "sorgente di singoli fotoni" dalle caratteristiche operative ideali - in grado cioè di emettere efficientemente singoli fotoni su richiesta dell'utente - è tutt'altro che una mera curiosità scientifica: la sua implementazione consentirebbe di rivoluzionare diversi ambiti delle nasciture "tecnologie quantistiche", che includono, per esempio, la crittografia quantistica, che permette di trasmettere informazioni intrinsecamente sicure in fibra ottica, codificando "bit" di informazione proprio negli stati dei singoli fotoni emessi in modo controllato.

Il nostro Gruppo di Fisica dello Stato Solido ha dimostrato per la prima volta a livello internazionale le proprietà di emissione di singolo fotone di una nuova tipologia di "centri di colore" nel diamante, basati sull'incorporazione di atomi di piombo in questo cristallo artificiale. E proprio a questa ricerca la rivista "ACS Photonics" dedica la copertina del suo ultimo numero al nostro articolo Single-photon emitters in lead-implanted single-crystal diamond (Sviatoslav D. Tchernij et al.). Lo studio è stato condotto in collaborazione con il centro inter-dipartimentale Nanostructured Interfaces and Surfaces (NIS) dell'Università di Torino, e con gruppi di ricerca nazionali (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica) e internazionali (Università di Lipsia, Ruder Bošković Institute).

Crediamo che questo studio rappresenti un significativo avanzamento nella ricerca di nuovi e migliori dispositivi emettitori di singolo fotone, e confidiamo che avrà importanti ricadute nel campo delle tecnologie quantistiche, che sono oggetto del programma di ricerca Quantum Flagship con cui l'Unione Europea allocherà nell'arco dei prossimi 10 anni un miliardo di euro. L'obiettivo è sviluppare una nuova generazione di dispositivi quantistici, che, proprio come le suddette sorgenti di singolo fotone, promettono funzionalità impensabili per le tecnologie convenzionali operando in base alle leggi della meccanica quantistica, che governano il mondo microscopico e che sono diverse da quelle descrivono il mondo a scala macroscopica. Dopo la "prima rivoluzione quantistica", che ci ha donato dispositivi come il transistor e il laser, con importanti ricadute economiche e sociali, il futuro delle nuove tecnologie quantiche passa per la conoscenza dei difetti e delle impurità in materiali altamente innovativi. Per citare il fisico inglese Sir Frederick C. Frank, "I cristalli sono come le persone: sono i loro difetti che li rendono interessanti".

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