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钻石旋转使用新的测量技术进行焦点

15 Feb 2019
钻石和激光
Blingtronics:研究人员已经为氮空位创造了电气读数。 (礼貌:iStock)

一种读出个体带负电氮空位的旋转状态的新方法(NV)中心由欧洲和日本的研究人员开发。该技术可以使当今庞大的读出系统过时并使NV的新用途 电子设备中的中心。它也可以用来读出非常靠近的NV中心,这可能对开发量子信息技术有用。

当金刚石晶格中的两个相邻的碳原子被氮原子和空的格子位点取代时,发生氮空位。一起,氮原子和空位可以表现为具有固有旋转的带负电的实体。 NV. 中心与周围环境隔离,这意味着它们的量子行为不会立即通过热波动冲出。结果,它们可用于创建在室温下运行的一系列量子技术。

一个绿色的光子击中nv中心可以促进电子到兴奋状态。当它衰减回到地面时,它可能会发出红色光子。 NV.中心有三个旋转的悬浮士,其激发态在衰减时具有不同发射光子的概率。通过令人兴奋的单独的NV反复中心和收集发出的红色光子,研究人员可以检测到其自旋状态 - 这对于量子计算非常有用。此外,因为旋转状态可以受到外部变量的影响,例如磁场,电场,温度,力和压力,NV因此,中心可以用作原子尺度传感器。

笨重检测

虽然NV.中心是微小的,收集红色光子所需的设备是笨重和复杂的。这阻止了NV的整合中心进入芯片尺寸的设备。它对使用NV也存在问题室温量子计算中的中心。纠缠两个NV.中心要求它们分开约30nm,比红光的衍射极限小得多。结果,单独检测旋转状态需要困难且昂贵的显微镜技术。

此外,兴奋状态的有限寿命会减慢实验:“获取有关NV中心的信息’S旋转状态,您必须多次重复测量,” explains 米洛斯Nesladek. 比利时的哈瑟尔大学:“您可以在光学签名之前仅放入一定量的激光功率。”

Nesladek和同事创造了一种检测NV中心的替代方法’S旋转也使用绿色激光。但是,与导致兴奋状态的NV相同的物理具有不同旋转的中心在衰变上具有不同的荧光,也使它们具有不同的概率,可以从相同的激光吸收第二光子。这消除了来自NV的额外电子中心进入钻石的导电带。如果施加电压,则电子可以通过金刚石自由移动并被检测。测量光线击中特定NV时产生的光电流因此,中心允许研究人员推断出旋转状态。这一过程首先是2015年Nesladek及其同事揭开了NV中心合奏。新工作将其扩展到检测单个NV中心旋转。

更强的信号

在相同条件下,研究人员展示了比光学检测更高的信噪比。此外,它们发现,当从激发状态促进电子时产生光电流时,当它们转动激光功率时,它继续增加。最重要的是,Team成员佩特斯·锡迈夫 乌尔姆大学 in Germany, “you don’T需要实施复杂的光学检测:您可以将所有内容集成到一个微小的钻石芯片中,这将与所有当前的电子技术兼容“。

罗纳德沃斯沃思 美国哈佛大学描述了这项工作“一个非常重要的技术步骤。”他注意到靶向特定的NV所需的光学元件 绿灯的中心仍然非常复杂,并且电气读数呈现自己的困难:“您需要在钻石上的特定位置制造电极,” he says. “一旦你这样做,你就可以了’在广场上易于映像许多NVS。”尽管如此,他认为这项技术对诸如使用NV中心在低温学中的应用程序具有实际承诺:“获得良好的光学检测红色的光子一路走出一个低温恒温器是一个真正的挑战,” he says, “电气检测变得非常简单。”

研究描述了 科学.

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