Kooperativitet og sammenfiltring baner vej for køling i jordtilstand ved hjælp af nitrogenfritidscentre

Center for Nanoscale Materials-forskere præsenterer en kvantemodel til at opnå jordtilstandskøling i lavfrekvente mekaniske resonatorer og viser, hvordan kooperativitet og sammenfiltring er nøglefaktorer for at forbedre køleværdien.

En resonator med næsten nul termisk støj har bedre ydelseskarakteristika i nanoskala sensing, kvanteminder, og kvanteinformationsbehandlingsapplikationer. Passive kryogene køleteknikker, såsom fortyndingskøleskabe, har med succes afkølet højfrekvente resonatorer, men er ikke tilstrækkelige til lavere frekvenssystemer. Den optomekaniske effekt er blevet anvendt med succes til at køle lavfrekvente systemer efter et indledende afkølingstrin. Denne metode kobler parametrisk en mekanisk resonator til et drevet optisk hulrum, og, gennem omhyggelig justering af drivfrekvensen, opnår den ønskede køleeffekt. Den optomekaniske effekt er udvidet til en alternativ tilgang til grundtilstandskøling baseret på indlejrede faststofdefekter. Konstruktion af atom-resonator koblingsparametrene foreslås, ved at bruge belastningsprofilen af ​​den mekaniske resonator, der tillader afkøling at fortsætte gennem de mørke sammenfiltrede tilstande af to-niveau systemensemblet. Denne tilgang muliggør afkøling i jordtilstand på trods af svage interaktionsstyrker, der almindeligvis ses i eksperimentelle omgivelser. Sammenfiltring og samarbejdseffekter er nøglefaktorer for at forbedre den kølende værdi.

Resultaterne gælder for en række forskellige systemer såsom silicium og nitrogen ledige centre i diamant- og kvanteprikker, og fremme potentialet for miniaturisering og stuetemperaturdrift, der kræves til langsigtede teknologiske anvendelser. Dette arbejde baner vejen for køleeksperimenter i jordtilstand ved brug af faststofdefekter. Tilgangen, tilgængelig for eksperimentelle demonstrationer og universel for en række systemer, overvinder de vigtigste forhindringer, der har blokeret realiseringen af ​​grundtilstandskøling ved hjælp af indlejrede solid-state defekter.

Strenge kvantesimuleringer af interagerende 2-niveausystemer (atomer, NV centre, osv.) indlejret i en mekanisk resonator (f.eks. mikroskala cantilever) blev udført. Konstruktion af den lokale fase af koblingsstyrkerne ved hjælp af tøjningsprofilen i mekaniske resonatorer muliggør effektiv afkøling medieret af kooperativitet og sammenfiltring.