ความแม่นยำในการตัดเพชร: มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์เพื่อพัฒนาเซ็นเซอร์เพชรสำหรับการทดลองนิวตรอนและวิทยาศาสตร์สารสนเทศควอนตัม

เผยแพร่ซ้ำโดยเพลโต

ผู้ติดตาม: 0

หน้าแรก > ข่าวประชา > ความแม่นยำในการตัดเพชร: มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์พัฒนาเซ็นเซอร์เพชรสำหรับการทดลองนิวตรอนและวิทยาศาสตร์ข้อมูลควอนตัม

การเรนเดอร์ของศิลปินแสดงให้เห็นถึงเซ็นเซอร์เพชรที่มีไนโตรเจนว่างซึ่งกลุ่ม Beck จะพัฒนาขึ้น เส้นกริดภายในแสดงถึงเส้นทางของแสงเลเซอร์ภายในเพชร โดยลำแสงที่เข้ามา (เส้นสีแดงหนากว่า) จะสะท้อนซ้ำๆ ภายในเซ็นเซอร์เพชรจนกระทั่งไปพบกับมุมตัดตรงที่โผล่ออกมา (เส้นสีแดงที่บางกว่า) ภาพโดย Yasmine Steele สำหรับเครดิตฟิสิกส์ของรัฐอิลลินอยส์
วิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์ Grainger แห่งมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Urbana-Champaign

Artist’s rendering illustrates the nitrogen-vacancy diamond sensor the Beck group will develop. The internal grid lines represent the path of laser light within the diamond—the incoming beam (thicker red line) is repeatedly reflected within the diamond sensor until it encounters the cut corner where it emerges (the thinner red line). Image by Yasmine Steele for Illinois Physics CREDIT
The Grainger College of Engineering at the University of Illinois Urbana-Champaign

นามธรรม:
กลุ่มฟิสิกส์นิวเคลียร์ที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Urbana-Champaign กำลังมองหาหลักฐานของฟิสิกส์ใหม่ในนิวตรอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้าที่ยึดนิวเคลียสของอะตอมไว้ด้วยกันกับปฏิกิริยาที่เรียกว่าแรง คณาจารย์และนักวิจัยกำลังเข้าร่วมในการทดลอง neEDM ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Oak Ridge ซึ่งจะวัดโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้าของนิวตรอน ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ช่วยให้นิวตรอนมีปฏิกิริยากับสนามไฟฟ้าแม้จะมีความเป็นกลางก็ตาม การวัดที่แม่นยำจะจำกัดทฤษฎีที่ขยายแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคในปัจจุบัน เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ นักวิจัยจะต้องวัดการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ในสนามไฟฟ้าที่มีกำลังแรงมากอย่างแม่นยำ

ความแม่นยำในการเจียระไนเพชร: มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์เพื่อพัฒนาเซ็นเซอร์เพชรสำหรับการทดลองนิวตรอนและวิทยาศาสตร์ข้อมูลควอนตัม

เออร์บานา อิลลินอยส์ | โพสต์เมื่อวันที่ 14 เมษายน 2023

ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ ดักลาส เบ็ค ได้รับทุนจากกระทรวงพลังงานในการพัฒนาเซ็นเซอร์โดยใช้เพชรที่มีไนโตรเจน ซึ่งเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติควอนตัมที่อุณหภูมิต่ำ ทำให้มีความไวต่อสนามไฟฟ้าอย่างผิดปกติ กลุ่มวิจัยของเขาได้แสดงให้เห็นว่าวัสดุนี้สามารถวัดสนามไฟฟ้าแรงสูงได้ และรางวัลนี้จะช่วยให้นักวิจัยสามารถสร้างเซ็นเซอร์ที่พร้อมใช้งานในการทดลอง neEDM นอกจากนี้ คุณสมบัติควอนตัมของวัสดุยังทำให้วัสดุดังกล่าวเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับวิทยาศาสตร์สารสนเทศควอนตัม นักวิจัยยังจะสำรวจการใช้งานที่เป็นไปได้เหล่านี้ด้วย

เบ็คอธิบายว่าตำแหน่งว่างของไนโตรเจนที่เติมสารเคมีหรือ NV เป็นสิ่งเจือปนทำให้เพชรมีความไวต่อสนามไฟฟ้าที่ผิดปกติ “สิ่งเจือปนเหล่านี้เป็นบริเวณที่มีอะตอมไนโตรเจนเพิ่มขึ้นและมีรู (หรือตำแหน่งว่าง) ซึ่งปกติแล้วอะตอมของคาร์บอนจะอยู่” เขากล่าว “เมื่อวัสดุถูกทำให้เย็นลงจนต่ำกว่า 20 องศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์ สิ่งเจือปนจะก่อตัวเป็นระบบควอนตัมที่ตอบสนองต่อสนามไฟฟ้า นี่เป็นลักษณะที่ค่อนข้างผิดปกติเนื่องจากมีระบบไม่มากนักที่ตอบสนองต่อสนามไฟฟ้า และนั่นทำให้เพชร NV มีความพิเศษ”

ระบบ NV สามารถทำให้มีความไวมากยิ่งขึ้นได้เมื่อเตรียมในสถานะควอนตัมเฉพาะ แทนที่จะปล่อยให้ระบบอยู่ในสถานะพลังงานต่ำสุดหลังจากที่เย็นลงแล้ว นักวิจัยได้สร้างการซ้อนทับควอนตัมของสถานะพลังงานต่ำสุดและต่ำสุดถัดไปที่เรียกว่าสถานะมืด ซึ่งตั้งชื่อเช่นนี้เนื่องจากไม่มีปฏิกิริยากับแสง “ในแง่หนึ่ง ชื่อนี้มีไว้เพื่อบ่งบอกว่ามันมีภูมิต้านทานต่อการมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม” เบ็คกล่าว “เนื่องจากมันมีอายุยืนยาว จึงมีพลังงานที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนซึ่งบอกเราได้อย่างแม่นยำว่าสนามไฟฟ้ามีขนาดใหญ่เพียงใด”

กลุ่มของ Beck ได้แสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์นี้ช่วยให้เพชร NV สามารถวัดสนามไฟฟ้าแรงสูงได้ และรางวัลนี้จะช่วยให้นักวิจัยสามารถพัฒนาเซ็นเซอร์ที่เชื่อถือได้และแข็งแกร่งบนพื้นฐานของมัน สิ่งนี้จะเกี่ยวข้องกับเซ็นเซอร์บรรจุภัณฑ์เป็นหน่วยที่เชื่อมต่อกับเลเซอร์ที่ใช้ในการควบคุมและลดผลกระทบจากเสียงรบกวนรอบข้างให้เหลือน้อยที่สุด พวกเขากำลังตรวจสอบเทคนิคควอนตัมที่เรียกว่าการแยกส่วนแบบไดนามิกซึ่งจะช่วยให้พวกเขาสามารถย้อนกลับผลกระทบของความไม่สมบูรณ์ของการทดลองได้อย่างมีประสิทธิภาพตามที่เบ็คกล่าว ซึ่งจะทำให้การวัดสนามไฟฟ้าที่แม่นยำอยู่แล้วมีความแม่นยำมากยิ่งขึ้น

เป้าหมายอีกประการหนึ่งของการวิจัยคือการสำรวจข้อเสนอสำหรับการใช้เพชร NV ในวิทยาศาสตร์ข้อมูลควอนตัม อายุการใช้งานที่ยาวนานของสถานะมืดและความยืดหยุ่นต่อสัญญาณรบกวนจากสิ่งแวดล้อมทำให้เป็นแพลตฟอร์มที่น่าหวังสำหรับการตรวจจับควอนตัมและหน่วยความจำควอนตัม การใช้งานดังกล่าวจำนวนมากขึ้นอยู่กับการวางระบบควอนตัมในสภาวะบีบตัวซึ่งมีความไม่แน่นอนขั้นต่ำที่อนุญาตโดยหลักการของไฮเซนเบิร์ก มีข้อเสนอหลายประการในการสร้างสถานะบีบตัวในเพชร NV และกลุ่มของ Beck จะสำรวจความเป็นไปได้

งานนี้จะได้รับการสนับสนุนเป็นเงิน 650,000 ดอลลาร์ในช่วงสามปีที่ได้รับจากโครงการริเริ่ม Quantum Horizons ในโครงการฟิสิกส์นิวเคลียร์ของ Department of Energy

####

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมกรุณาคลิก โปรดคลิกที่นี่เพื่ออ่านรายละเอียดเพิ่มเติม

ติดต่อ:
แคสแซนดรา สมิธ
มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Grainger วิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์

ลิขสิทธิ์© วิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Grainger

หากคุณมีความคิดเห็นโปรด ติดต่อ เรา

ผู้ออกข่าวประชาสัมพันธ์ไม่ใช่ 7th Wave, Inc. หรือ Nanotechnology Now มีหน้าที่รับผิดชอบต่อความถูกต้องของเนื้อหา แต่เพียงผู้เดียว

บุ๊คมาร์ค: