Ett diamantprov upplyst av grönt ljus i specialbyggda mikroskop. Provet placeras på ett speciellt fäste, i ett kretskort, används för att leverera mikrovågor som möjliggör kvantmanipulationer och magnetisk avkänning med NV:erna. Upphovsman:Yoav Romach
Forskare har upptäckt att täta ensembler av kvantspinn kan skapas i diamant med hög upplösning med hjälp av ett elektronmikroskop, banar väg för förbättrade sensorer och resurser för kvantteknik.
Diamanter är gjorda av kolatomer i en kristallin struktur, men om en kolatom ersätts med en annan typ av atom, detta kommer att resultera i ett gitterdefekt. En sådan defekt är Nitrogen-Vacancy (NV), där en kolatom ersätts av en kväveatom, och dess granne saknas (ett tomt utrymme finns kvar på plats).
Om denna defekt belyses med en grön laser, som svar kommer det att avge rött ljus (fluorescens) med en intressant funktion:dess intensitet varierar beroende på de magnetiska egenskaperna i miljön. Denna unika funktion gör NV -centrum särskilt användbart för att mäta magnetfält, magnetisk avbildning (MRI), och kvantberäkning och information.
För att producera optimala magnetiska detektorer, tätheten av dessa defekter bör ökas utan att öka miljöbuller och skada diamantegenskaperna.
Nu, forskare från forskargruppen Nir Bar-Gill vid hebreiska universitetet i Jerusalems Racah Institute of Physics och Institutionen för tillämpad fysik, i samarbete med prof. Eyal Buks från Technion - Israel Institute of Technology, har visat att ultrahöga densiteter av NV-centra kan erhållas genom en enkel process att använda elektronstrålar för att sparka kolatomer ur gallret.
Hebreiska universitetets forskare Nir Bar-Gill och Dima Farfurnik med ett diamantmagnetiskt mikroskop. Upphovsman:Nir Bar-Gill
Detta jobb, publicerad i den vetenskapliga tidskriften Tillämpad fysikbokstäver , är en fortsättning på tidigare arbete inom området, och visar en förbättring av tätheten hos NV -centra i en mängd olika diamanttyper. Bestrålningen utförs med ett elektronstrålmikroskop (Transmission Electron Microscope eller TEM), som har konverterats specifikt för detta ändamål. Tillgängligheten av denna enhet i nanoteknologicenter vid många universitet i Israel och runt om i världen möjliggör denna process med hög spatial noggrannhet, snabbt och enkelt.
De förbättrade tätheten hos de NV -färgcentra som erhållits, samtidigt som de behåller sina unika kvantegenskaper, förutse framtida förbättringar av känsligheten för diamantmagnetmätningar, samt lovande riktningar i studiet av solid state -fysik och kvantinformationsteori.
Nitrogen Vacancy (NV) färgcentra uppvisar anmärkningsvärda och unika egenskaper, inklusive långa sammanhangstider vid rumstemperatur (~ ms), optisk initialisering och avläsning, och koherent mikrovågsstyrning.
En kryogen provkammare, med diamantprov monterat på kopparkylplatta. Upphovsman:Yoav Romach
"Detta arbete är en viktig stegsten mot att använda NV -centra i diamant som resurser för kvantteknik, såsom förbättrad avkänning, kvantsimulering och potentiellt kvantinformationsbehandling ", sade Bar-Gill, en biträdande professor i institutionen för tillämpad fysik och Racah Institute of Physics vid hebreiska universitetet, där han grundade Quantum Information, Simulerings- och avkänningslabb.
"Det som är speciellt med vårt tillvägagångssätt är att det är väldigt enkelt och enkelt, "sade hebreiska universitetsforskaren Dima Farfurnik." Du får tillräckligt höga NV-koncentrationer som är lämpliga för många applikationer med ett enkelt förfarande som kan göras internt. "
