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

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: