Diamond Cut Precision: University of Illinois for å utvikle diamantsensorer for nøytroneksperiment og kvanteinformasjonsvitenskap

Publisert av Platon

Følgere: 0

Hjemprodukt > Press > Diamond cut presisjon: University of Illinois for å utvikle diamantsensorer for nøytroneksperiment og kvanteinformasjonsvitenskap

Kunstnerens gjengivelse illustrerer nitrogen-ledig diamantsensor Beck-gruppen vil utvikle. De interne rutenettlinjene representerer banen til laserlys i diamanten – den innkommende strålen (tykkere rød linje) reflekteres gjentatte ganger i diamantsensoren til den møter det kuttede hjørnet der den kommer frem (den tynnere røde linjen). Bilde av Yasmine Steele for Illinois Physics CREDIT Grainger College of Engineering ved University of Illinois Urbana-Champaign

Abstrakt:
Kjernefysikkgruppen ved University of Illinois Urbana-Champaign leter etter bevis på ny fysikk i nøytroner, elektrisk nøytrale partikler som holder atomkjerner sammen med en interaksjon som kalles den sterke kraften. Fakultetet og forskere deltar i nEDM-eksperimentet ved Oak Ridge National Laboratory som skal måle nøytronets elektriske dipolmoment, en egenskap som lar nøytroner samhandle med elektriske felt til tross for deres nøytralitet. En presis måling vil begrense teorier som utvider dagens standardmodell for partikkelfysikk. For å oppnå dette må forskerne nøyaktig måle subtile endringer i veldig sterke elektriske felt.

Diamantkuttepresisjon: University of Illinois for å utvikle diamantsensorer for nøytroneksperiment og kvanteinformasjonsvitenskap

Urbana, IL | Lagt ut 14. april 2023

Professor i fysikk Douglas Beck har blitt tildelt et stipend fra Department of Energy for å utvikle sensorer basert på nitrogen ledig diamant, et materiale hvis kvanteegenskaper ved lave temperaturer gjør det uvanlig følsomt for elektriske felt. Forskergruppen hans har vist at materialet kan måle sterke elektriske felt, og prisen vil tillate forskerne å konstruere sensorer klare til bruk i nEDM-eksperimentet. I tillegg gjør materialets kvanteegenskaper det til en lovende kandidat for kvanteinformasjonsvitenskap. Forskerne vil også utforske disse potensielle bruksområdene.

Beck forklarte at kjemisk tilsatt nitrogen ledighet, eller NV, urenheter gir diamant uvanlig elektrisk feltfølsomhet. "Disse urenhetene er regioner med et ekstra nitrogenatom og et hull [eller ledig plass] der karbonatomer normalt ville vært," sa han. «Når materialet avkjøles til mindre enn 20 grader over absolutt null, danner urenhetene et kvantesystem som reagerer på elektriske felt. Dette er en ganske uvanlig karakteristikk fordi ikke mange systemer reagerer på elektriske felt, og det gjør NV diamant spesiell."

NV-systemet kan gjøres enda mer følsomt når det er forberedt i en bestemt kvantetilstand. I stedet for å la systemet forbli i sin laveste energitilstand etter at de har avkjølt det, danner forskerne en kvantesuperposisjon av de laveste og nest laveste energitilstandene kalt en mørk tilstand, så kalt fordi den ikke samhandler med lys. "På en måte er navnet ment å antyde at det er immun mot interaksjoner med miljøet," sa Beck. "Fordi den har lang levetid, har den en veldig skarpt definert energi som veldig nøyaktig forteller oss hvor stort det elektriske feltet er."

Becks gruppe har vist at dette fenomenet gjør NV diamant i stand til å måle sterke elektriske felt, og prisen vil tillate forskerne å utvikle pålitelige, robuste sensorer basert på den. Dette vil innebære å pakke sensorer inn i enheter som lett kobles til laserne som brukes til å kontrollere dem og minimere effekten av bakgrunnsstøy. De undersøker også en kvanteteknikk kalt dynamisk frakobling som vil tillate dem å effektivt reversere effekten av eksperimentelle ufullkommenheter, ifølge Beck. Dette vil gjøre de allerede nøyaktige elektriske feltmålingene enda mer nøyaktige.

Et annet mål med forskningen er å utforske forslag til bruk av NV-diamant i kvanteinformasjonsvitenskap. Den mørke tilstandens lange levetid og motstandskraft mot miljøstøy gjør den til en lovende plattform for kvanteregistrering og kvanteminne. Mange slike applikasjoner er avhengige av å plassere kvantesystemer i klemte tilstander som har den minste usikkerhet som Heisenberg-prinsippet tillater. Det har vært flere forslag for å skape pressede stater i NV-diamant, og Becks gruppe vil kartlegge mulighetene deres.

Dette arbeidet vil bli støttet med $650,000 XNUMX over tre år tildelt av Quantum Horizons-initiativet i Department of Energys Nuclear Physics-program.

####

For mer informasjon, klikk her.

Kontakter:
Cassandra Smith
University of Illinois Grainger College of Engineering

Hvis du har en kommentar, vær så snill Kontakt oss.

Utstedere av nyhetsutgivelser, ikke 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, er alene ansvarlig for nøyaktigheten av innholdet.

Bokmerke: