Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Electron spin kontroll: Levitated nanodiamond er forskning perle

Anonim

Forskere har demonstrert hvordan man kontrollerer "elektronens spinn" av en nanodiamond mens den er levitert med lasere i vakuum, et forskudd som kan finne søknader i kvantinformasjonsbehandling, sensorer og studier i grunnleggende fysikk av kvantemekanikk.

annonse


Elektroner kan tenkes som å ha to forskjellige spin-stater, "opp" eller "ned". Forskerne var i stand til å oppdage og kontrollere elektronens spinnresonans, eller dens endring fra en stat til en annen.

"Vi har vist hvordan vi kontinuerlig blar elektronens spinn i en nanodiamond levitert i et vakuum og i nærvær av forskjellige gasser, " sa Tongcang Li, en assisterende professor i fysikk og astronomi og elektro- og datateknikk ved Purdue University.

Resultatene er detaljert i et forskningsarkiv som publiseres tirsdag 19. juli i journal Nature Communications . Elektronens spinnresonans viste seg å variere i nærvær av helium og oksygengasser, noe som betyr at teknikken kan brukes i en ny type sensor for å detektere og måle gasser. Oksygen sensorer brukes i stor grad til å overvåke oksygenkonsentrasjonen i bilutslipp og i medisinske instrumenter som anestesi skjermer og respiratorer. Nanodiamond-baserte sensorer representerer en potensiell forbedring i forhold til konvensjonelle sensorer.

"Mens det er nødvendig med mer detaljerte studier for å forstå dette fenomenet fullt ut, tyder vår observasjon på et potensielt søk for oksygengassavføling, sier Li.

Papiret ble forfattet av postdoktoravdelingen Thai Hoang; doktorgradsstudenter Jonghoon Ahn og Jaehoon Bang; og Li.

De leviterende nanodiamondene kunne også finne bruksområder i kvantinformasjonsbehandling, eksperimentelle teknikker for å undersøke grunnleggende fysikk i kvantemekanikk og måling av magnetiske og tyngdefelt, som kunne brukes på dataminneminnet og eksperimenter for å søke avvik fra Newtons gravitetslover.

Levitering av nanodiamondene i vakuum muliggjør presis kontroll og streng måling av de flytende partiklene. Nanodiamondene er omtrent 100 nanometer i diameter, eller omtrent det samme som et virus, og inneholder "nitrogen ledig plass" kritisk for potensielle praktiske anvendelser. Et nitrogen-ledig senter er en atomskala defekt dannet i diamantgitteret ved å erstatte et nitrogenatom for et karbonatom og skape et nærliggende tomrom i krystallgitteret. Forskere kan utnytte denne funksjonen for å kontrollere elektronens spinn.

En type laser ble brukt til å "felle" og levitere nanopartikler i et vakuumkammer, og en annen ble brukt til å overvåke elektronens spinn. En millimeterskala antenne gir mikrobølger for å kontrollere og vende på elektronens spinn, og et spektrometer oppdager disse endringene i spinn. Et vakuum er nødvendig for å redusere interferens fra luftmolekyler.

Kvantum datamaskiner ville dra nytte av fenomener beskrevet av kvanteorienterte kalt "superposition" og "entanglement". Datamaskiner basert på kvantfysikk kan dramatisk øke kapasiteten til å behandle, lagre og overføre informasjon. Et langsiktig mål for Purdue-undersøkelsen er å bruke teknikken til å teste det berømte Schrödinger katteventeleksperiment, hvor en katt kan være både død og levende samtidig.

"Vi vil sette en enkelt nanodiamond på to forskjellige steder samtidig, " sa Li.

Forskningen ble støttet av National Science Foundation.

En Youtube-video er tilgjengelig på //youtu.be/0GX2z7OoIDI

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Purdue University . Original skrevet av Emil Venere. Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Thai M. Hoang, Jonghoon Ahn, Jaehoon Bang, Tongcang Li. Elektronspinnkontroll av optisk levitated nanodiamonds i vakuum . Nature Communications, 2016; 7: 12250 DOI: 10, 1038 / ncomms12250