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先进的材料

先进的材料

缺陷使钻石运动缓慢

测试NV
“旋转冷却”。由ENS的GHétet提供

缺陷自旋所产生的力称为氮空位(NV)中心,可以用来冷却宏观的金刚石颗粒。法国“高等师范学院”的一组研究人员首次证明了这种“自旋冷却”方法,该方法在概念上类似于原子的激光冷却,在这种方法中,激光光子施加的辐射压力极大地降低了被捕获的原子的速度以及它们的温度。因此,这项新技术可能像激光冷却一样对未来的应用有希望。 加布里埃尔·赫特(GabrielHétet),谁领导了这项研究。

在他们的实验中,研究人员使用了少数氮原子来冷却由数十亿个碳原子组成的被困钻石晶体。氮原子以杂质的形式存在,当金刚石晶格中的相邻碳原子被氮(N)原子和空的晶格位点或空位(V)取代时,就会出现杂质。所得的NV中心是具有良好定义的电子自旋特性的类原子系统,并且可以进行光偏振,因此一个自旋方向比另一个自旋方向更普遍。另一个重要的特性是,NV中心的旋转在相当长的一段时间内不受周围环境的干扰-这意味着它具有良好的连贯性。

自旋-机械耦合效应

赫特和同事们说,他们成功地利用了许多NV中心的自旋来影响被困钻石晶体的取向。由于NV中心的电子自旋所施加的扭矩相对于钻石颗粒的运动而有所延迟-由于NV中心的相干寿命长,因此可能发生某些事情-该扭矩可以冷却颗粒的运动,因此降低温度。这种自旋机械冷却效果类似于在某些激光冷却协议中,围绕原子运行的电子用于冷却原子本身的运动的方式。

Hétet说,单个量子系统(例如自旋)与机械振荡器之间的强耦合是当前在量子物理学研究中的热门话题。但是,尽管可以使用自旋系统“读取”这些振荡器的机械运动,并且 反之亦然到目前为止,还没有人使用NV中心成功地冷却了宏观物体。

高精度扭矩感应和其他应用

Hétet解释说,钻石是通过在真空中使用电场梯度来悬浮的,可以作为“罗盘”运行,因此可以用于高精度扭矩感应应用。他补充说,该小组的方法还可以在环境条件下以非破坏性的方式读出NV中心的自旋,并且可以设计多个独立自旋之间的纠缠(或相关性)以及诸如物质的技术。波干涉仪。 

研究人员,他们在 性质,例如,他们现在将推动金刚石粒子的振荡频率超过NV自旋的退相干率。 Hétet表示:“这一策略将使我们能够实现所谓的解决边带制度,在这种制度下,上述应用将成为可能。” 物理世界.

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