تصاویر اشعه ایکس از الماس در حال ارتعاش راه هایی را برای گسترش حسگری کوانتومی باز میکند

خلاصه خبر:

محققان دانشگاه کرنل، آزمایشگاه ملی آرگون و دانشگاه پردو به پیشرفت قابل توجهی در حسگری کوانتومی با استفاده از الماس دست یافته اند. مطالعه آنها به بررسی رابطه بین کرنش اتمی و اسپین در مراکز نیتروژن تهی جای (N-V) در الماس می پردازد. آنها با استفاده از امواج صوتی و استفاده از تصویربرداری پرتو ایکس با وضوح بالا، چگونگی واکنش اتم‌های الماس به فرکانس‌های مختلف را تعیین کردند و اولین اندازه‌گیری مستقیم همبستگی‌های کرنش-اسپین در فرکانس‌های گیگاهرتز را نشان دادند. این رویکرد دوگانه همچنین درک چگونگی دستکاری اطلاعات کوانتومی را افزایش داد و در عین حال از آن در برابر ناهمدوسی محافظت کرد. این یافته‌ها نوید توسعه حسگرهای کوانتومی کارآمد را می‌دهند و وضعیت الماس را به عنوان ماده‌ای برتر برای کاربردهای آینده در پزشکی، ناوبری و کیهان‌شناسی تقویت می‌کنند.

توضیحات تکمیلی:

محققان دانشگاه کرنل، آزمایشگاه ملی آرگون در دپارتمان انرژی ایالات متحده و دانشگاه پردو با استفاده از الماس به عنوان یک ماده کلیدی، به پیشرفت قابل توجهی در حسگری کوانتومی دست یافته اند. مطالعه آنها که در Physical Review Applied منتشر شده است، بر رابطه بین کرنش اتمی و اسپین در مراکز نیتروژن  تهی جای(N-V) الماس که برای فناوری‌های کوانتومی ضروری هستند، متمرکز است.

این تیم روش‌های نوآورانه‌ای را به کار گرفتند: پالس دادن به  الماس با امواج صوتی در حالی که از تصویربرداری پرتو ایکس با وضوح بالا برای ثبت ارتعاشات میکروسکوپی استفاده می‌کردند. این رویکرد دوگانه به آنها اجازه داد تا نحوه انبساط یا انقباض اتم های الماس در پاسخ به فرکانس های مختلف را تعیین کنند و یک رابطه ریاضی بین کرنش اتمی (atomic strain) و اسپین اتم ها ایجاد کند. این اولین اندازه‌گیری مستقیم همبستگی‌های کرنش-اسپین در فرکانس‌های گیگاهرتز را نشان می‌دهد و درک چگونگی دستکاری و اندازه‌گیری اطلاعات کوانتومی را با دقت بالا افزایش می‌دهد.

محققان با استفاده از منبع فوتون پیشرفته در آرمایشگاه ملی آرگون، تصاویری شبیه بارقه (strobe) از رفتار اتمی الماس با تمرکز بر مراکز N-V گرفتند. آنها با موفقیت دامنه کرنش را به دست آوردند و آن را با پاسخ اسپین مرتبط کردند، که منجر به تعیین جدید یکی از شش پارامتر کوپلینگ کرنش-اسپین مخصوص مرکز N-V شد.

این کار نه تنها مکانیک کوانتومی بنیادی را پیش می برد، بلکه مسیرهای جدیدی را برای توسعه حسگرهای کوانتومی کارآمدتر باز می کند. این تیم با استفاده از امواج صوتی برای دستکاری اسپین، رویکردی که نسبت به روش های الکترومغناطیسی کمتر رایج است، محافظت بیشتری در برابر ناهمدوسی نشان دادند که برای حفظ یکپارچگی اطلاعات کوانتومی بسیار مهم است. یافته های آنها نویدبخش بهبود کاربردها در پزشکی، ناوبری و کیهان شناسی است و شهرت الماس را به عنوان ماده برتر برای فناوری های کوانتومی تقویت می کند.

منبع

Anthony D'Addario et al, Stroboscopic x-ray diffraction microscopy of dynamic strain in diamond thin-film bulk acoustic resonators for quantum control of nitrogen-vacancy centers, Physical Review Applied (2024). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.22.024016

https://phys.org/news/2024-08-ray-imagery-vibrating-diamond-avenues.html