Diamond Cut Precision: University of Illinois utvecklar diamantsensorer för neutronexperiment och kvantinformationsvetenskap

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Hem > Presse > Diamond cut precision: University of Illinois utvecklar diamantsensorer för neutronexperiment och kvantinformationsvetenskap

Konstnärens återgivning illustrerar kvävevakansdiamantsensorn som Beck-gruppen kommer att utveckla. De interna rutnätslinjerna representerar vägen för laserljus i diamanten – den inkommande strålen (tjockare röd linje) reflekteras upprepade gånger inuti diamantsensorn tills den möter det avskurna hörnet där den kommer fram (den tunnare röda linjen). Bild av Yasmine Steele för Illinois Physics CREDIT Grainger College of Engineering vid University of Illinois Urbana-Champaign

Sammanfattning:
Kärnfysikgruppen vid University of Illinois Urbana-Champaign letar efter bevis på ny fysik i neutroner, elektriskt neutrala partiklar som håller samman atomkärnor med en interaktion som kallas den starka kraften. Fakulteten och forskare deltar i nEDM-experimentet vid Oak Ridge National Laboratory som kommer att mäta neutronens elektriska dipolmoment, en egenskap som tillåter neutroner att interagera med elektriska fält trots deras neutralitet. En exakt mätning kommer att begränsa teorier som utökar den nuvarande standardmodellen för partikelfysik. För att uppnå detta måste forskarna noggrant mäta subtila förändringar i mycket starka elektriska fält.

Diamantslipad precision: University of Illinois utvecklar diamantsensorer för neutronexperiment och kvantinformationsvetenskap

Urbana, IL | Postat den 14 april 2023

Professor i fysik Douglas Beck har tilldelats ett anslag från Institutionen för energi för att utveckla sensorer baserade på kvävevakansdiamant, ett material vars kvantegenskaper vid låga temperaturer gör det ovanligt känsligt för elektriska fält. Hans forskargrupp har visat att materialet kan mäta starka elektriska fält, och priset kommer att tillåta forskarna att konstruera sensorer redo att användas i nEDM-experimentet. Dessutom gör materialets kvantegenskaper det till en lovande kandidat för kvantinformationsvetenskap. Forskarna kommer också att utforska dessa potentiella tillämpningar.

Beck förklarade att kemiskt tillsatt kvävevakans, eller NV, föroreningar ger diamanten ovanlig elektrisk fältkänslighet. "Dessa föroreningar är regioner med en extra kväveatom och ett hål [eller vakans] där kolatomer normalt skulle vara," sa han. ”När materialet kyls ned till mindre än 20 grader över absolut noll bildar föroreningarna ett kvantsystem som reagerar på elektriska fält. Detta är en ganska ovanlig egenskap eftersom inte många system reagerar på elektriska fält, och det gör NV diamant speciell.”

NV-systemet kan göras ännu mer känsligt när det förbereds i ett visst kvanttillstånd. Istället för att låta systemet stanna i sitt lägsta energitillstånd efter att de kylt det, bildar forskarna en kvantöverlagring av de lägsta och näst lägsta energitillstånden som kallas mörkt tillstånd, så kallade för att det inte interagerar med ljus. "På sätt och vis är namnet menat att antyda att det är immunt mot interaktioner med miljön," sa Beck. "Eftersom den är långlivad har den en mycket skarpt definierad energi som mycket exakt talar om för oss hur stort det elektriska fältet är."

Becks grupp har visat att detta fenomen gör det möjligt för NV diamant att mäta starka elektriska fält, och priset kommer att tillåta forskarna att utveckla pålitliga, robusta sensorer baserade på det. Detta kommer att involvera förpackning av sensorer i enheter som enkelt ansluter till lasrarna som används för att kontrollera dem och minimera effekterna av bakgrundsljud. De undersöker också en kvantteknik som kallas dynamisk frikoppling som skulle tillåta dem att effektivt vända effekterna av experimentella ofullkomligheter, enligt Beck. Detta skulle göra de redan exakta elektriska fältmätningarna ännu mer exakta.

Ett annat mål med forskningen är att utforska förslag för användning av NV-diamant inom kvantinformationsvetenskap. Det mörka tillståndets långa livslängd och motståndskraft mot omgivningsljud gör det till en lovande plattform för kvantavkänning och kvantminne. Många sådana applikationer är beroende av att placera kvantsystem i pressade tillstånd som har den minsta osäkerhet som Heisenberg-principen tillåter. Det har funnits flera förslag för att skapa pressade stater i NV-diamant, och Becks grupp kommer att undersöka deras genomförbarhet.

Detta arbete kommer att stödjas med $650,000 XNUMX under tre år som tilldelas av Quantum Horizons-initiativet i Department of Energys program för kärnfysik.

####

För mer information, klicka på här.

Kontaktpersoner:
Cassandra Smith
University of Illinois Grainger College of Engineering

Om du har en kommentar, snälla Kontakta oss oss.

Emittenter av nyhetsmeddelanden, inte 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, är ensamma ansvariga för innehållets noggrannhet.

Bokmärke: