Diamond Cut Precision: Universiteit van Illinois gaat diamantsensoren ontwikkelen voor neutronenexperimenten en kwantuminformatiewetenschap

Heruitgegeven door Plato

volgers: 0

Home > Media > Diamantslijpprecisie: Universiteit van Illinois gaat diamantsensoren ontwikkelen voor neutronenexperimenten en kwantuminformatiewetenschap

De artistieke weergave illustreert de stikstof-vacancy-diamantsensor die de Beck-groep zal ontwikkelen. De interne rasterlijnen vertegenwoordigen het pad van het laserlicht in de diamant: de binnenkomende straal (dikkere rode lijn) wordt herhaaldelijk gereflecteerd in de diamantsensor totdat deze de afgesneden hoek tegenkomt waar deze tevoorschijn komt (de dunnere rode lijn). Afbeelding door Yasmine Steele voor Illinois Physics CREDIT Het Grainger College of Engineering aan de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign

Abstract:
De kernfysicagroep van de Urbana-Champaign van de Universiteit van Illinois zoekt naar bewijs voor nieuwe natuurkunde in neutronen, elektrisch neutrale deeltjes die atoomkernen bij elkaar houden met een interactie die de sterke kracht wordt genoemd. Faculteit en onderzoekers nemen deel aan het nEDM-experiment in het Oak Ridge National Laboratory, dat het elektrische dipoolmoment van het neutron zal meten, een eigenschap waardoor neutronen ondanks hun neutraliteit kunnen interageren met elektrische velden. Een nauwkeurige meting zal theorieën beperken die het huidige standaardmodel van de deeltjesfysica uitbreiden. Om dit te bereiken moeten de onderzoekers subtiele veranderingen in zeer sterke elektrische velden nauwkeurig meten.

Diamantgeslepen precisie: Universiteit van Illinois om diamantsensoren te ontwikkelen voor neutronenexperimenten en kwantuminformatiewetenschap

Urbana, Illinois | Geplaatst op 14 april 2023

Hoogleraar natuurkunde Douglas Beck heeft een subsidie gekregen van het ministerie van Energie om sensoren te ontwikkelen op basis van stikstof-vacancy-diamant, een materiaal waarvan de kwantumeigenschappen bij lage temperaturen het ongewoon gevoelig maken voor elektrische velden. Zijn onderzoeksgroep heeft aangetoond dat het materiaal sterke elektrische velden kan meten, en met de prijs kunnen de onderzoekers sensoren bouwen die klaar zijn voor gebruik in het nEDM-experiment. Bovendien maken de kwantumeigenschappen van het materiaal het een veelbelovende kandidaat voor de kwantuminformatiewetenschap. De onderzoekers zullen ook deze potentiële toepassingen onderzoeken.

Beck legde uit dat chemisch toegevoegde stikstofvacancy, of NV, onzuiverheden diamant een ongebruikelijke gevoeligheid voor elektrische velden geven. “Deze onzuiverheden zijn gebieden met een extra stikstofatoom en een gat [of leegte] waar normaal gesproken koolstofatomen zouden zitten,” zei hij. “Wanneer het materiaal wordt afgekoeld tot minder dan 20 graden boven het absolute nulpunt, vormen de onzuiverheden een kwantumsysteem dat reageert op elektrische velden. Dit is een vrij ongebruikelijke eigenschap omdat niet veel systemen reageren op elektrische velden, en dat maakt NV-diamant bijzonder.”

Het NV-systeem kan nog gevoeliger worden gemaakt als het in een bepaalde kwantumtoestand wordt voorbereid. In plaats van het systeem in de laagste energietoestand te laten blijven nadat ze het hebben afgekoeld, vormen de onderzoekers een kwantumsuperpositie van de laagste en de volgende laagste energietoestand, een zogenaamde donkere toestand, zo genoemd omdat deze geen interactie heeft met licht. "In zekere zin is de naam bedoeld om te suggereren dat het immuun is voor interacties met de omgeving", zei Beck. “Omdat het een lange levensduur heeft, heeft het een zeer scherp gedefinieerde energie die ons heel nauwkeurig vertelt hoe groot het elektrische veld is.”

De groep van Beck heeft aangetoond dat dit fenomeen NV-diamant in staat stelt sterke elektrische velden te meten, en de prijs zal de onderzoekers in staat stellen om op basis daarvan betrouwbare, robuuste sensoren te ontwikkelen. Dit omvat het verpakken van sensoren in eenheden die gemakkelijk verbinding kunnen maken met de lasers die worden gebruikt om ze te besturen en de effecten van achtergrondgeluid te minimaliseren. Ze onderzoeken ook een kwantumtechniek, dynamische ontkoppeling genaamd, waarmee ze volgens Beck de effecten van experimentele onvolkomenheden effectief kunnen omkeren. Dit zou de toch al nauwkeurige metingen van het elektrische veld nog nauwkeuriger maken.

Een ander doel van het onderzoek is het onderzoeken van voorstellen voor het gebruik van NV-diamant in de kwantuminformatiewetenschap. De lange levensduur en veerkracht van de donkere staat tegen omgevingsgeluid maken het tot een veelbelovend platform voor kwantumdetectie en kwantumgeheugen. Veel van dergelijke toepassingen zijn afhankelijk van het plaatsen van kwantumsystemen in samengedrukte toestanden die de minimale onzekerheid bezitten die is toegestaan door het Heisenberg-principe. Er zijn verschillende voorstellen gedaan voor het creëren van uitgeperste staten in NV-diamant, en Beck's groep zal de haalbaarheid ervan onderzoeken.

Dit werk zal gedurende drie jaar worden ondersteund met 650,000 dollar, toegekend door het Quantum Horizons-initiatief in het Nuclear Physics-programma van het Department of Energy.

####

Voor meer informatie, klik hier

Kontakte:
Cassandra Smit
Grainger College of Engineering van de Universiteit van Illinois

Auteursrecht © Universiteit van Illinois Grainger College of Engineering

Als u een opmerking heeft, alstublieft Neem contact op met ons op.

Uitgevers van nieuwsberichten, niet 7th Wave, Inc. of Nanotechnology Now, zijn zelf verantwoordelijk voor de juistheid van de inhoud.

Bladwijzer: