At se med radiobølger

Forskere fra Division of Physics ved University of Tsukuba brugte kvanteeffekten kaldet 'spin-locking' til væsentligt at forbedre opløsningen, når de udførte radiofrekvensafbildning af nitrogen-ledige defekter i diamant. Dette arbejde kan føre til hurtigere og mere præcis materialeanalyse, samt en vej mod praktiske kvantecomputere.

Nitrogen-vacancy (NV) centre er længe blevet undersøgt for deres potentielle brug i kvantecomputere. Et NV-center er en type defekt i gitteret af en diamant, hvor to tilstødende carbonatomer er blevet erstattet med et nitrogenatom og et hulrum. Dette efterlader en uparret elektron, som kan detekteres ved hjælp af radiofrekvente bølger, fordi dens sandsynlighed for at udsende en foton afhænger af dens spintilstand. Imidlertid, den rumlige opløsning af radiobølgedetektion ved brug af konventionelle radiofrekvensteknikker er forblevet mindre end optimal.

Nu, forskere ved University of Tsukuba har skubbet opløsningen til dets grænser ved at anvende en teknik kaldet 'spin-locking'. Mikrobølgeimpulser bruges til at sætte elektronens spin i en kvantesuperposition af op og ned samtidigt. Derefter, et drivende elektromagnetisk felt får spin -retningen til at foregive rundt, som en vaklende top. Slutresultatet er et elektronspin, der er afskærmet fra tilfældig støj, men stærkt koblet til detektionsudstyret. "Spin-locking sikrer høj nøjagtighed og følsomhed af billeddannelsen af ​​det elektromagnetiske felt, ", forklarer førsteforfatter professor Shintaro Nomura. På grund af den høje tæthed af NV-centre i de anvendte diamantprøver, det kollektive signal, de producerede, kunne let afhentes med denne metode. Dette gjorde det muligt at registrere samlinger af NV-centre på mikrometerskalaen. "Den rumlige opløsning, vi opnåede med RF -billeddannelse, var meget bedre end med lignende eksisterende metoder, "Professor Nomura fortsætter, "og det var kun begrænset af opløsningen af ​​det optiske mikroskop, vi brugte."

Den tilgang, der er demonstreret i dette projekt, kan anvendes i en bred vifte af anvendelsesområder - f.eks. karakterisering af polære molekyler, polymerer, og proteiner, samt karakterisering af materialer. Det kan også bruges i medicinske applikationer - f.eks. som en ny måde at udføre magnetokardiografi på.