Forbedring af diamantens kvantesansevne

Forskere har opdaget, at tætte ensembler af kvantespind kan skabes i diamant med høj opløsning ved hjælp af et elektronmikroskop, baner vejen for forbedrede sensorer og ressourcer til kvanteteknologier.

Diamanter er lavet af carbonatomer i en krystallinsk struktur, men hvis et carbonatom erstattes med en anden type atom, dette vil resultere i en gitterdefekt. En sådan defekt er Nitrogen-Vacancy (NV), hvor et carbonatom erstattes af et nitrogenatom, og naboen mangler (der er et tomt sted på stedet).

Hvis denne defekt belyses med en grøn laser, som reaktion vil det udsende rødt lys (fluorescens) med en interessant funktion:dens intensitet varierer afhængigt af de magnetiske egenskaber i miljøet. Denne unikke funktion gør NV -centeret særligt nyttigt til måling af magnetfelter, magnetisk billeddannelse (MRI), og kvanteberegning og information.

For at producere optimale magnetiske detektorer, tætheden af ​​disse defekter bør øges uden at øge miljøstøjen og beskadige diamantegenskaberne.

Nu, forskere fra forskergruppen Nir Bar-Gill ved det hebraiske universitet i Jerusalems Racah Institute of Physics og Institut for Anvendt Fysik, i samarbejde med prof. Eyal Buks fra Technion - Israel Institute of Technology, har vist, at ultrahøje tætheder af NV-centre kan opnås ved en simpel proces med at bruge elektronstråler til at sparke kulstofatomer ud af gitteret.

Dette arbejde, offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Anvendt fysik bogstaver , er en fortsættelse af tidligere arbejde på området, og viser en forbedring i tæthederne af NV -centre i en række diamanttyper. Bestrålingen udføres ved hjælp af et elektronstråle -mikroskop (transmissionselektronmikroskop eller TEM), som er specifikt konverteret til dette formål. Tilgængeligheden af ​​denne enhed i nanoteknologicentre på mange universiteter i Israel og rundt om i verden muliggør denne proces med høj rumlig nøjagtighed, hurtigt og enkelt.

De forbedrede tætheder af de opnåede NV -farvecentre, og samtidig bevare deres unikke kvanteegenskaber, forudse fremtidige forbedringer i følsomheden af ​​diamantmagnetiske målinger, samt lovende retninger i studiet af faststoffysik og kvanteinformationsteori.

Nitrogen Vacancy (NV) farvecentre udviser bemærkelsesværdige og unikke egenskaber, inklusive lange kohærenstider ved stuetemperatur (~ ms), optisk initialisering og aflæsning, og sammenhængende mikrobølge kontrol.

"Dette arbejde er en vigtig springbræt i retning af at udnytte NV -centre i diamant som ressourcer til kvanteteknologier, såsom forbedret sansning, kvantesimulering og potentielt kvanteinformationsbehandling ", sagde Bar-Gill, en adjunkt i instituttet for anvendt fysik og Racah Institute of Physics ved det hebraiske universitet, hvor han grundlagde Quantum Information, Simulerings- og følelseslaboratorium.

"Det særlige ved vores tilgang er, at den er meget enkel og ligetil, "sagde den hebraiske universitetsforsker Dima Farfurnik." Du får tilstrækkeligt høje NV-koncentrationer, der er passende til mange applikationer med en enkel procedure, der kan udføres internt. "