Diamond Cut Precision: University of Illinois udvikler diamantsensorer til neutroneksperiment og kvanteinformationsvidenskab

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Home > Presse > Diamond cut præcision: University of Illinois udvikler diamantsensorer til neutroneksperiment og kvanteinformationsvidenskab

Kunstnerens gengivelse illustrerer den nitrogenfrie diamantsensor, som Beck-gruppen vil udvikle. De interne gitterlinjer repræsenterer laserlysets vej i diamanten - den indkommende stråle (tykkere rød linje) reflekteres gentagne gange i diamantsensoren, indtil den støder på det afskårne hjørne, hvor den kommer frem (den tyndere røde linje). Billede af Yasmine Steele for Illinois Physics CREDIT Grainger College of Engineering ved University of Illinois Urbana-Champaign

Abstract:
Kernefysikgruppen ved University of Illinois Urbana-Champaign leder efter beviser for ny fysik i neutroner, elektrisk neutrale partikler, der holder atomkerner sammen med en vekselvirkning kaldet den stærke kraft. Fakultetet og forskere deltager i nEDM-eksperimentet på Oak Ridge National Laboratory, som vil måle neutronens elektriske dipolmoment, en egenskab, der tillader neutroner at interagere med elektriske felter på trods af deres neutralitet. En præcis måling vil begrænse teorier, der udvider den nuværende standardmodel for partikelfysik. For at opnå dette skal forskerne nøjagtigt måle subtile ændringer i meget stærke elektriske felter.

Præcision af diamantskæring: University of Illinois udvikler diamantsensorer til neutroneksperiment og kvanteinformationsvidenskab

Urbana, IL | Udgivet den 14. april 2023

Professor i fysik Douglas Beck er blevet tildelt en bevilling fra Department of Energy til at udvikle sensorer baseret på nitrogen ledige diamanter, et materiale, hvis kvanteegenskaber ved lave temperaturer gør det usædvanligt følsomt over for elektriske felter. Hans forskergruppe har vist, at materialet kan måle stærke elektriske felter, og prisen vil give forskerne mulighed for at konstruere sensorer klar til brug i nEDM-eksperimentet. Derudover gør materialets kvanteegenskaber det til en lovende kandidat til kvanteinformationsvidenskab. Forskerne vil også udforske disse potentielle anvendelser.

Beck forklarede, at kemisk tilsat nitrogen ledighed, eller NV, urenheder giver diamant usædvanlig elektrisk feltfølsomhed. "Disse urenheder er områder med et ekstra nitrogenatom og et hul [eller ledig plads], hvor kulstofatomer normalt ville være," sagde han. ”Når materialet afkøles til mindre end 20 grader over det absolutte nulpunkt, danner urenhederne et kvantesystem, der reagerer på elektriske felter. Dette er en ganske usædvanlig egenskab, fordi ikke mange systemer reagerer på elektriske felter, og det gør NV diamant speciel."

NV-systemet kan gøres endnu mere følsomt, når det er forberedt i en bestemt kvantetilstand. I stedet for at lade systemet forblive i dets laveste energitilstand, efter at de har afkølet det, danner forskerne en kvantesuperposition af de laveste og næstlaveste energitilstande, kaldet en mørk tilstand, så navngivet, fordi den ikke interagerer med lys. "På en måde er navnet beregnet til at antyde, at det er immunt over for interaktioner med miljøet," sagde Beck. "Fordi det har en lang levetid, har det en meget skarpt defineret energi, der meget præcist fortæller os, hvor stort det elektriske felt er."

Becks gruppe har demonstreret, at dette fænomen gør NV diamant i stand til at måle stærke elektriske felter, og prisen vil give forskerne mulighed for at udvikle pålidelige, robuste sensorer baseret på det. Dette vil involvere emballering af sensorer i enheder, der let forbindes med de lasere, der bruges til at kontrollere dem, og minimere virkningerne af baggrundsstøj. De undersøger også en kvanteteknik kaldet dynamisk afkobling, der ville give dem mulighed for effektivt at vende virkningerne af eksperimentelle ufuldkommenheder, ifølge Beck. Dette ville gøre de allerede præcise elektriske feltmålinger endnu mere nøjagtige.

Et andet mål med forskningen er at udforske forslag til brug af NV-diamant i kvanteinformationsvidenskab. Den mørke tilstands lange levetid og modstandsdygtighed mod støj fra omgivelserne gør den til en lovende platform for kvanteregistrering og kvantehukommelse. Mange sådanne applikationer afhænger af at placere kvantesystemer i pressede tilstande, der besidder den minimale usikkerhed, der tillades af Heisenberg-princippet. Der har været flere forslag til at skabe pressede stater i NV diamant, og Becks gruppe vil undersøge deres muligheder.

Dette arbejde vil blive støttet med $650,000 over tre år tildelt af Quantum Horizons-initiativet i Department of Energy's Nuclear Physics-program.

####

For mere information, klik link.

Kontaktpersoner:
Cassandra Smith
University of Illinois Grainger College of Engineering

Hvis du har en kommentar, tak Kontakt os.

Udstedere af nyhedsudgivelser, ikke 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, er alene ansvarlige for indholdets nøjagtighed.

Bogmærke: