Ακρίβεια κοπής διαμαντιών: Πανεπιστήμιο του Ιλινόις θα αναπτύξει αισθητήρες διαμαντιών για πείραμα νετρονίων και κβαντική επιστήμη πληροφοριών

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Αρχική > Τύπος > Ακρίβεια κοπής με διαμάντια: Πανεπιστήμιο του Ιλινόις θα αναπτύξει αισθητήρες διαμαντιών για πείραμα νετρονίων και κβαντική επιστήμη πληροφοριών

Η απόδοση του καλλιτέχνη απεικονίζει τον αισθητήρα διαμαντιών κενού αζώτου που θα αναπτύξει η ομάδα Beck. Οι εσωτερικές γραμμές πλέγματος αντιπροσωπεύουν τη διαδρομή του φωτός λέιζερ μέσα στο διαμάντι - η εισερχόμενη δέσμη (παχύτερη κόκκινη γραμμή) αντανακλάται επανειλημμένα μέσα στον αισθητήρα διαμαντιού μέχρι να συναντήσει την κομμένη γωνία όπου αναδύεται (η λεπτότερη κόκκινη γραμμή). Εικόνα από την Yasmine Steele για το Illinois Physics ΠΙΣΤΩΣΗ Το Grainger College of Engineering στο Πανεπιστήμιο του Illinois Urbana-Champaign

Περίληψη:
Η ομάδα πυρηνικής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Illinois Urbana-Champaign αναζητά στοιχεία νέας φυσικής στα νετρόνια, ηλεκτρικά ουδέτερα σωματίδια που συγκρατούν τους ατομικούς πυρήνες μαζί με μια αλληλεπίδραση που ονομάζεται ισχυρή δύναμη. Οι καθηγητές και οι ερευνητές συμμετέχουν στο πείραμα nEDM στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge, το οποίο θα μετρήσει την ηλεκτρική διπολική ροπή του νετρονίου, μια ιδιότητα που επιτρέπει στα νετρόνια να αλληλεπιδρούν με τα ηλεκτρικά πεδία παρά την ουδετερότητά τους. Μια ακριβής μέτρηση θα περιορίσει τις θεωρίες που επεκτείνουν το τρέχον πρότυπο μοντέλο της φυσικής των σωματιδίων. Για να επιτευχθεί αυτό, οι ερευνητές πρέπει να μετρήσουν με ακρίβεια τις ανεπαίσθητες αλλαγές σε πολύ ισχυρά ηλεκτρικά πεδία.

Ακρίβεια κοπής διαμαντιών: Πανεπιστήμιο του Ιλινόις θα αναπτύξει αισθητήρες διαμαντιών για πείραμα νετρονίων και κβαντική επιστήμη πληροφοριών

Urbana, IL | Δημοσιεύτηκε στις 14 Απριλίου 2023

Ο καθηγητής Φυσικής Ντάγκλας Μπεκ έλαβε επιχορήγηση από το Υπουργείο Ενέργειας για την ανάπτυξη αισθητήρων με βάση το διαμάντι κενού αζώτου, ένα υλικό του οποίου οι κβαντικές ιδιότητες σε χαμηλές θερμοκρασίες το καθιστούν ασυνήθιστα ευαίσθητο στα ηλεκτρικά πεδία. Η ερευνητική του ομάδα έδειξε ότι το υλικό μπορεί να μετρήσει ισχυρά ηλεκτρικά πεδία και το βραβείο θα επιτρέψει στους ερευνητές να κατασκευάσουν αισθητήρες έτοιμους για χρήση στο πείραμα nEDM. Επιπλέον, οι κβαντικές ιδιότητες του υλικού το καθιστούν πολλά υποσχόμενο υποψήφιο για την επιστήμη της κβαντικής πληροφορίας. Οι ερευνητές θα διερευνήσουν επίσης αυτές τις πιθανές εφαρμογές.

Ο Μπεκ εξήγησε ότι οι προσμίξεις κενού αζώτου με χημική προσθήκη, ή αλλιώς NV, προσδίδουν στο διαμάντι ασυνήθιστη ευαισθησία ηλεκτρικού πεδίου. «Αυτές οι ακαθαρσίες είναι περιοχές με ένα επιπλέον άτομο αζώτου και μια τρύπα [ή κενή θέση] όπου θα ήταν κανονικά τα άτομα άνθρακα», είπε. «Όταν το υλικό ψύχεται σε λιγότερο από 20 βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν, οι ακαθαρσίες σχηματίζουν ένα κβαντικό σύστημα που ανταποκρίνεται στα ηλεκτρικά πεδία. Αυτό είναι ένα αρκετά ασυνήθιστο χαρακτηριστικό, επειδή δεν ανταποκρίνονται πολλά συστήματα σε ηλεκτρικά πεδία, και αυτό κάνει το διαμάντι NV ξεχωριστό».

Το σύστημα NV μπορεί να γίνει ακόμη πιο ευαίσθητο όταν παρασκευάζεται σε μια συγκεκριμένη κβαντική κατάσταση. Αντί να αφήσουν το σύστημα να παραμείνει στη χαμηλότερη ενεργειακή του κατάσταση αφού το ψύξουν, οι ερευνητές σχηματίζουν μια κβαντική υπέρθεση της χαμηλότερης και της επόμενης χαμηλότερης ενεργειακής κατάστασης που ονομάζεται σκοτεινή κατάσταση, που ονομάζεται έτσι επειδή δεν αλληλεπιδρά με το φως. «Κατά μία έννοια, το όνομα έχει σκοπό να υποδηλώνει ότι είναι απρόσβλητο στις αλληλεπιδράσεις με το περιβάλλον», είπε ο Beck. «Επειδή έχει μεγάλη διάρκεια ζωής, έχει μια πολύ καθαρά καθορισμένη ενέργεια που μας λέει με μεγάλη ακρίβεια πόσο μεγάλο είναι το ηλεκτρικό πεδίο».

Η ομάδα του Beck έχει αποδείξει ότι αυτό το φαινόμενο επιτρέπει στο διαμάντι NV να μετράει ισχυρά ηλεκτρικά πεδία και το βραβείο θα επιτρέψει στους ερευνητές να αναπτύξουν αξιόπιστους, ισχυρούς αισθητήρες με βάση αυτό. Αυτό θα περιλαμβάνει τη συσκευασία αισθητήρων σε μονάδες που συνδέονται εύκολα με τα λέιζερ που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχό τους και ελαχιστοποιούν τις επιπτώσεις του θορύβου περιβάλλοντος. Διερευνούν επίσης μια κβαντική τεχνική που ονομάζεται δυναμική αποσύνδεση που θα τους επέτρεπε να αντιστρέψουν αποτελεσματικά τα αποτελέσματα των πειραματικών ατελειών, σύμφωνα με τον Beck. Αυτό θα έκανε τις ήδη ακριβείς μετρήσεις ηλεκτρικού πεδίου ακόμη πιο ακριβείς.

Ένας άλλος στόχος της έρευνας είναι να διερευνήσει προτάσεις για τη χρήση διαμαντιών NV στην επιστήμη της κβαντικής πληροφορίας. Η μεγάλη διάρκεια ζωής και η ανθεκτικότητα της σκοτεινής κατάστασης έναντι του περιβαλλοντικού θορύβου την καθιστούν μια πολλά υποσχόμενη πλατφόρμα για κβαντική αίσθηση και κβαντική μνήμη. Πολλές τέτοιες εφαρμογές εξαρτώνται από την τοποθέτηση κβαντικών συστημάτων σε συμπιεσμένες καταστάσεις που διαθέτουν την ελάχιστη αβεβαιότητα που επιτρέπει η αρχή του Heisenberg. Έχουν υπάρξει αρκετές προτάσεις για τη δημιουργία συμπιεσμένων καταστάσεων στο διαμάντι NV, και η ομάδα του Beck θα εξετάσει τις δυνατότητές τους.

Αυτή η εργασία θα υποστηριχθεί με 650,000 $ για τρία χρόνια που θα απονεμηθούν από την πρωτοβουλία Quantum Horizons στο πρόγραμμα Πυρηνικής Φυσικής του Υπουργείου Ενέργειας.

####

Για περισσότερες πληροφορίες, πατήστε εδώ

Επαφές:
Κασσάντρα Σμιθ
University of Illinois Grainger College of Engineering

Πνευματικά δικαιώματα © University of Illinois Grainger College of Engineering

Εάν έχετε ένα σχόλιο, παρακαλώ Επικοινωνία και εμείς με χαρά θα σας εξυπηρετήσουμε.

Οι εκδότες δελτίων ειδήσεων, όχι η 7th Wave, Inc. ή η Nanotechnology Now, είναι αποκλειστικά υπεύθυνες για την ακρίβεια του περιεχομένου.

Bookmark: