Diamond Cut Precision: University Of Illinois To Develop Diamond Sensors For Neutron Experiment And Quantum Information Science

Được xuất bản lại bởi Plato

Người theo dõi: 0

Trang Chủ > Ấn Bản > Độ chính xác cắt kim cương: Đại học Illinois phát triển cảm biến kim cương cho thí nghiệm neutron và khoa học thông tin lượng tử

Hình vẽ của nghệ sĩ minh họa cảm biến kim cương chỗ trống nitơ mà nhóm Beck sẽ phát triển. Các đường lưới bên trong biểu thị đường đi của ánh sáng laze bên trong viên kim cương—chùm tia tới (đường màu đỏ dày hơn) được phản xạ nhiều lần trong cảm biến kim cương cho đến khi gặp góc cắt nơi nó xuất hiện (đường màu đỏ mỏng hơn). Hình ảnh của Yasmine Steele cho Illinois Vật lý TÍN DỤNG Trường Cao đẳng Kỹ thuật Grainger tại Đại học Illinois Urbana-Champaign

Tóm tắt:
Nhóm vật lý hạt nhân tại Đại học Illinois Urbana-Champaign đang tìm kiếm bằng chứng về vật lý mới ở neutron, các hạt trung hòa về điện giữ hạt nhân nguyên tử cùng với một tương tác gọi là lực mạnh. Khoa và các nhà nghiên cứu đang tham gia thí nghiệm nEDM tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge để đo mômen lưỡng cực điện của neutron, một tính chất cho phép neutron tương tác với điện trường bất chấp tính trung hòa của chúng. Một phép đo chính xác sẽ hạn chế các lý thuyết mở rộng mô hình chuẩn hiện nay của vật lý hạt. Để đạt được điều này, các nhà nghiên cứu phải đo chính xác những thay đổi tinh vi trong điện trường rất mạnh.

Độ chính xác khi cắt kim cương: Đại học Illinois phát triển cảm biến kim cương cho thí nghiệm neutron và khoa học thông tin lượng tử

Urbana, IL | Đăng vào ngày 14 tháng 2023 năm XNUMX

Giáo sư Vật lý Douglas Beck đã được Bộ Năng lượng trao trợ cấp để phát triển các cảm biến dựa trên kim cương trống nitơ, một vật liệu có đặc tính lượng tử ở nhiệt độ thấp khiến nó nhạy cảm một cách bất thường với điện trường. Nhóm nghiên cứu của ông đã chỉ ra rằng vật liệu này có thể đo điện trường mạnh và giải thưởng sẽ cho phép các nhà nghiên cứu chế tạo các cảm biến sẵn sàng để sử dụng trong thí nghiệm nEDM. Ngoài ra, đặc tính lượng tử của vật liệu khiến nó trở thành ứng cử viên đầy triển vọng cho khoa học thông tin lượng tử. Các nhà nghiên cứu cũng sẽ khám phá những ứng dụng tiềm năng này.

Beck giải thích rằng các tạp chất trống nitơ, hay NV, được thêm vào về mặt hóa học làm cho kim cương có độ nhạy điện trường khác thường. Ông nói: “Những tạp chất này là những vùng có thêm một nguyên tử nitơ và một lỗ [hoặc chỗ trống] nơi thường có các nguyên tử carbon”. “Khi vật liệu được làm lạnh đến nhiệt độ dưới 20 độ so với độ không tuyệt đối, các tạp chất tạo thành một hệ lượng tử phản ứng với điện trường. Đây là một đặc điểm khá bất thường vì không có nhiều hệ thống phản ứng với điện trường và điều đó khiến kim cương NV trở nên đặc biệt.”

Hệ thống NV có thể trở nên nhạy hơn nữa khi nó được chuẩn bị ở trạng thái lượng tử cụ thể. Thay vì để hệ thống duy trì trạng thái năng lượng thấp nhất sau khi làm mát nó, các nhà nghiên cứu hình thành sự chồng chất lượng tử của trạng thái năng lượng thấp nhất và thấp nhất tiếp theo gọi là trạng thái tối, được đặt tên như vậy vì nó không tương tác với ánh sáng. “Theo một nghĩa nào đó, cái tên này nhằm gợi ý rằng nó miễn nhiễm với các tương tác với môi trường,” Beck nói. “Bởi vì nó tồn tại lâu dài nên nó có năng lượng được xác định rất rõ ràng và cho chúng ta biết rất chính xác độ lớn của điện trường.”

Nhóm của Beck đã chứng minh rằng hiện tượng này cho phép viên kim cương NV đo được điện trường mạnh và giải thưởng sẽ cho phép các nhà nghiên cứu phát triển các cảm biến mạnh mẽ, đáng tin cậy dựa trên nó. Điều này sẽ liên quan đến việc đóng gói các cảm biến thành các đơn vị có thể dễ dàng kết nối với tia laser được sử dụng để điều khiển chúng và giảm thiểu tác động của tiếng ồn xung quanh. Họ cũng đang nghiên cứu một kỹ thuật lượng tử gọi là tách động lực học cho phép họ đảo ngược một cách hiệu quả tác động của những khiếm khuyết thực nghiệm, theo Beck. Điều này sẽ làm cho các phép đo điện trường vốn đã chính xác lại càng chính xác hơn.

Một mục tiêu khác của nghiên cứu là khám phá các đề xuất sử dụng kim cương NV trong khoa học thông tin lượng tử. Tuổi thọ lâu dài và khả năng phục hồi chống lại tiếng ồn môi trường của trạng thái tối khiến nó trở thành nền tảng đầy hứa hẹn cho cảm biến lượng tử và bộ nhớ lượng tử. Nhiều ứng dụng như vậy phụ thuộc vào việc đặt các hệ lượng tử ở những trạng thái nén có độ bất định tối thiểu mà nguyên lý Heisenberg cho phép. Đã có một số đề xuất nhằm tạo ra các trạng thái nén trong kim cương NV và nhóm của Beck sẽ khảo sát tính khả thi của chúng.

Công việc này sẽ được hỗ trợ 650,000 USD trong vòng ba năm do sáng kiến Chân trời lượng tử trong chương trình Vật lý hạt nhân của Bộ Năng lượng trao tặng.

####

Để biết thêm thông tin, xin vui lòng bấm vào tại đây

Liên hệ:
Cassandra Smith
Đại học Illinois Cao đẳng Kỹ thuật Grainger

Nếu bạn có một bình luận, xin vui lòng Liên hệ chúng tôi.

Các tổ chức phát hành tin tức, không phải 7th Wave, Inc. hay Nanotech Now, chỉ chịu trách nhiệm về tính chính xác của nội dung.

Bookmark: