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利用钻石的缺陷开辟了量子传感器开发的新领域

导读 量子缺陷有可能充当超灵敏传感器,可以提供新型导航或生物传感器技术。其中一种缺陷系统,即钻石中的氮空位 (NV) 中心,可以测量纳米级磁

量子缺陷有可能充当超灵敏传感器,可以提供新型导航或生物传感器技术。

其中一种缺陷系统,即钻石中的氮空位 (NV) 中心,可以测量纳米级磁场。但是,尽管科学家可以控制这些中心(钻石中的单个缺陷,其中氮取代了碳)的量子自旋,但他们仍然不完全了解如何最好地将该自旋与材料中其他缺陷的自旋隔离开来,这可能会破坏其量子态记忆或相干性。

只有通过研究这种材料在原子层面上的工作原理,科学家和工程师才能发挥这些传感器的潜力。在芝加哥大学普利兹克分子工程学院 (PME) 的新研究中,David Awschalom 教授实验室的研究人员发明了一种新方法,利用缺陷自旋来测量钻石中其他单电子缺陷的行为。

这一新认识发表在《物理评论快报》上,将用于制造能够保持长相干时间的更好的量子传感器。

Awschalom 表示:“我们发明了一种观察单量子自旋态特定行为的方法,而这些行为在标准测量中是难以捉摸的。这将影响我们设计量子系统的方式以及我们对许多材料中电荷的思考方式。”

寻找测量背景噪音的方法

在 PME 博士毕业生、现任博士后研究员 Jonathan Marcks 的带领下,研究团队在阿贡国家实验室的设备中合成了这些 NV 中心。他们通过化学气相沉积逐层生长钻石,并仅引入几纳米的氮掺杂剂即可创建单个 NV 中心。

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