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磁性和自旋

磁性和自旋

如何测量快速旋转的钻石中的单个量子自旋

钻石旋转
旋转:物理学家测量了旋转对嵌入钻石的量子自旋的影响。 (礼貌:iStock / Gizmo)

首次测量了快速旋转对钻石中单个量子自旋的影响。 亚历山大·伍德 墨尔本大学的同事及其同事以20万转/分的转速旋转了钻石,并使用激光和微波测量了对自旋的影响。研究人员说,可以进一步开发该技术以测量纳米级的旋转。

钻石含有称为氮空位(NV)中心的杂质,该杂质包含与周围环境非常隔离的单个电子状自旋。可以使用光和微波来测量和控制自旋。结果,已证明NV中心在从量子传感器到量子信息存储的广泛应用中非常有用。

自旋回波

自旋是量化的固有角动量,这意味着如果旋转钻石,则NV自旋将受到影响。为了研究这种影响,伍德及其同事使用了一种称为光学检测自旋回波共振的技术,该技术已被开发用于检测和成像样品中的少量电子或核自旋。

在实验中,将一块钻石安装在旋转圆柱体上,并沿着自旋的旋转轴施加磁场。测量技术包括首先通过在钻石上发射激光脉冲使NV自旋进入较低能量状态。然后,钻石受到一系列微波脉冲的作用,这些脉冲使NV自旋的方向旋转。最后,通过观察NV自旋发射的荧光来读出其能量状态。

研究小组发现,NV自旋最终以高能态发生的可能性取决于钻石的旋转轴和所施加微波信号的极化之间的角度。正如理论所预言的那样,研究小组表示,可以将该技术开发为“在与量子有关的时标上探测快速旋转和运动”的一种方式。潜在的应用包括灵敏的扭矩检测器和量子力学基础研究。

该研究描述于 体检信.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者