El documento presenta una investigación sobre las aplicaciones de nanoalambres de diamante en las comunicaciones y electrónica. El estudio incluyó modelado de estructuras de bandas electrónicas de nanoalambres con defectos como vacancias y reemplazo de nitrógeno. Los resultados mostraron estados de trampa en los nanoalambres defectuosos que podrían usarse para generar fotones únicos para computación cuántica. También se discuten posibles aplicaciones como transmisores ópticos, puntos cuánticos, guías de onda y

1. APLICACIÓN DE NANOALAMBRES DE
DIAMANTE A LAS NUEVAS
TECNOLOGÍAS EN COMUNICACIONES Y
ELECTRÓNICA
PRESENTA:
JESÚS RAMÍREZ SOLANO
ASESORES:
DR. FERNANDO ADÁN SERRANO OROZCO
DR. ALEJANDRO TREJO BAÑOS
INSTITUTO POLITÉCNICO
NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL CULHUACÁN
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2. ÍNDICE
• Introducción
• Antecedentes
• Objetivos
• Cálculos y resultados
• Aplicaciones en las comunicaciones y electrónica
• Conclusión
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3. ANTECEDENTES
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1981, Richard Feynman
Richard
Feynman,
1965

4. 12/16/2016 4
La nanociencia y la nanotecnología

5. EL OBJETIVO GENERAL
Estudiar las aplicaciones de nanoestructuras de diamante,
especialmente nanoalambres, para la emisión de fotones únicos
y dispositivos de comunicaciones y electrónica.
• Objetivos específicos:
• Revisión sobre las investigaciones y aplicaciones de nanoalambres de
diamante.
• Modelado de estructura de bandas de un nanoalambre de diamante con
centro de color.
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6. EFECTOS
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NANO ESTRUCTURAS DE CARBÓN EFECTOS

7. DIAMANTE Y SUS PROPIEDADES
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8. TIPOS DE DIAMANTE
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9. NANOESTRUCTURAS DE DIAMANTE
12/16/2016 9

10. 12/16/2016 10
APLICACIONES EN LAS COMUNICACIONES Y
ELECTRÓNICA

11. 12/16/2016 11
TRANSISTOR ÓPTICO
Michael Geiselmann y colaboradores describen en el
artículo “Fast optical modulation of the fluorescence
from a single NV centre”, el comportamiento
experimental de un transistor óptico.

12. 12/16/2016 12
PUNTOS CUÁNTICOS
En el artículo “Nanoscale waveguiding methods”, Chia-Jean
Wang, y Lih Y. Lin hacen un detallado análisis de un conjunto
de puntos cuánticos (matriz) como un habilitador de ganancia y
modo flexible para transmitir energía por senderos directos o
curvas cerradas.

13. 12/16/2016 13
GUÍAS DE ONDA
En el artículo
“Nanoengineered Diamond
Waveguide as a Robust Bright
Platform for
Nanomagnetometry Using
Shallow Nitrogen Vacancy
Center”, S. Ali Momenzadeh,
y colegas, analizan el
comportamiento de una
estructura fotónica en el
diamante.

14. GUÍA DE ONDA PLASMONICA
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Volker J. Songer y
colegas, en su
artículo “Strongly
Enhanced Molecular
Fluorescence inside
a Nanoscale
Waveguide Gap”
reportan una alta
interacción entre la
luz y la materia, de
moléculas colocadas
dentro de una guía
de onda plasmonica

15. FIBRA ÓPTICA
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En el artículo
“Highly Efficient
Coupling of
Photons from
Nanoemitters into
Single-Mode
Optical Fibers” de
Masazumi
Fujiwara,

16. FIBRA ÓPTICA CON DIAMANTE
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“Fiber-Integrated Diamond-Based Single Photon Source”, se uso un microscopio
de fuerza atómica para colocar un solo emisor de fotones hecho de diamante, a
una medida de 30 nm.

17. 12/16/2016 17
se muestra la excitación, esquema de
detección y características fluorescentes del
diamante. En (a) es el esquema que muestra
las diferentes configuraciones experimentales,
es decir, (I) de excitación y detección en el
lado cargado de la fibra (donde se puso el
diamante), (II) de excitación en el lado cargado
de la fibra y la detección a través de la fibra, y
(III) detección y de excitación a través de la
fibra. En (b) se muestra la imagen obtenida por
la cámara de la luz recogida de la fibra a 532
nm de excitación. En (c) se muestra la gráfica
del espectro de esta luz (línea de negro) y el
espectro después de añadir un filtro de paso
de 650 nm (línea roja). El recuadro muestra
una sección de todo el espectro como se
indica por las líneas de trazos. En (d) es la
imagen obtenida del barrido y microscopia. El
punto blanco representa la fluorescencia del
centro de N-V en el diamante. (e, f) imágenes
de microscopía en los cuadros I y II,
respectivamente

18. NANO ANTENAS
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Ejemplos de antenas ópticas fabricadas usando el método “Top- down”. De la (a) a la
(d) diversos prototipos con apertura cercan a los 10 nm, fabricadas por medio de
cortes con un haz de iones enfocados. De la (e) a la (g) análogos de Yagi-Uda.
Antenas con apertura y guía de onda plasmonica complementadas por un anillo que
actúa como resonador, fabricados por litografía de haz de electrones.

19. FUNDAMENTOS
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20. MODELADO, PRUEBAS Y RESULTADOS.
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21. RESULTADOS DE PRUEBAS
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GGA-RPBE: Conservador de la norma
Funcional

22. SÚPERCELDAS
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Súperceldas de diamante con alteraciones.

23. ESTRUCTURA DE BANDAS ELECTRÓNICAS
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24. SÚPERCELDA DE DIAMANTE CON VACANCIA
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25. SÚPERCELDA DE DIAMANTE CON REEMPLAZO DE NITRÓGENO
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26. SÚPERCELDA DE DIAMANTE CON REEMPLAZO DE NITRÓGENO Y
VACANCIA DE CARBONO
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27. Comparación de resultados obtenidos para diamante donde: diamante es el material
sin defectos, diamante-cv es la súpercelda con vacancia, diamante-cnv es la
súpercelda con remplazo de nitrógeno y vacancia de carbono, y diamante-nv es la
súpercelda con remplazo de nitrógeno.
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Material Diamante Diamante -
CV
Diamante -
CNV
Diamante -
NV
Tipo de
brecha
Indirecta N/a Indirecta Indirecta
Amplitud de
la brecha (eV)
4.63 0 0.146 1.81
Átomos 64 63 63 64

28. SÚPERCELDA DE CARBURO DE SILICIO CON REEMPLAZO DE
NITRÓGENO Y VACANCIA DE CARBONO - SILICIO
12/16/2016 28

29. NANOALAMBRE DE DIAMANTE
12/16/2016 29

30. NANOALAMBRE DE DIAMANTE PASIVADO
12/16/2016 30

31. NANOALAMBRE DE DIAMANTE CON REEMPLAZO DE
NITRÓGENO
12/16/2016 31

32. NANOALAMBRE DE DIAMANTE CON VACANCIA
12/16/2016 32

33. NANOALAMBRE DE DIAMANTE CON REEMPLAZO DE
NITRÓGENO Y VACANCIA DE CARBONO
12/16/2016 33

34. 12/16/2016 34
Alteración Tipo de brecha Valor de la brecha prohibida
(eV)
N/A Directa 3.879
NxC Directa 3.878
CV Directa 0.823
CNV Directa 0.456
Resultados obtenidos de las diferentes configuraciones de los nanoalambres de diamante

35. CONCLUSIÓN
• Al hacer el modelado del diamante en bulto se observó que existen efectos similares en el tipo
dopaje tanto con la substitución como con la vacancia- reemplazo de nitrógeno, sin embargo
los estados de trampa requeridos para la emisión de fotones únicos están ausentes.
• En contraste, en los nanoalambres de diamante se muestran estados de trampa muy marcados
aún solamente introduciendo vacancias en los nanoalambres, estos estados de trampa pueden
ser aprovechados para la generación de fotones únicos para aplicaciones en computación
cuántica. Estos cálculos dan un indicio de que el nitrógeno puede ser una alternativa dopante
para la aplicaciones en de nanoalambres de diamante a las nuevas tecnologías de
comunicaciones y electrónica. Aún más, al estudiar el comportamiento del dopaje, vacancia-
nitrógeno, es posible hacer un análisis, a futuro, correspondiente al de un dopaje, vacancia-
boro, con el fin de comprobar si existe un comportamiento opuesto (material tipo p) al que se
da con el nitrógeno, que genera un material tipo n, con posibilidades que favorecen la
absorción de un fotón único, que se inclina a un desarrollo de comunicaciones cuánticas. Los
cálculos y modelos de este trabajo son el reflejo de un proyecto innovador que no solo se
considera un avance en la ciencia sino que en sí radica el potencial para cambiar las
comunicaciones y electrónica, y a su vez la forma de estudiar sistemas más complejos.
Posiblemente podamos llegar a responder con facilidad la pregunta planteada por Feynman,
correspondiente a la simulación de los fenómenos físicos y del comportamiento básico de la
naturaleza.
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36. BIBLIOGRAFÍA
12/16/2016 36
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