Schemat över YSO -kristallen med inbäddad Ce 3+ . Inom 6 Å avstånd, 29 Si -koppling detekteras (magenta), mer avlägsen 29 Si kan inte särskiljas (blått). Upphovsman:Kornher et al.
Sällsynta jordartsmineraler är en klass av material med liknande egenskaper som för närvarande används för att bygga en mängd olika enheter, inklusive lysdioder, uppladdningsbara batterier, magneter, lasrar, och mycket mer. Dessa materialen elektronspinn kan vara värd i kristaller, skapa system med unika egenskaper som kan fungera som gränssnitt mellan telebandsfoton och långlivade spinnkvantbitar.
Intressant, dessa system presenterar elektronspinn som interagerar med omgivande kärnsnurr, och de kan således vara särskilt användbara för utvecklingen av kvantminnesverktyg. Än så länge, dock, inga forskare kunde känna eller upptäcka proximala nukleära snurr som ligger i kristaller relaterade till sällsynta jordarter.
I en studie som presenteras i Fysiska granskningsbrev , forskare vid universitetet i Stuttgart och Beijing Computational Science Research Center lyckades upptäcka dessa proximala nukleära snurr, mer specifikt, de nära singel Ce 3+ joner i en yttriumortosilikat (YSO) -kristall. Deras studie byggde på en tidigare artikel publicerad i Naturkommunikation , där de undersökte de sammanhängande egenskaperna hos enstaka sällsynta jordartade joner i en annan kristall.
"Vår tidigare studie genomfördes på en YAG -kristall, som har ett ännu tätare spinnbad än YSO, och visade relativt kort sammanhängande interaktionstid för de undersökta elektronspinnarna, "Roman Kolesov, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Den uppmätta sammanhållningstiden gav motivationen att undersöka cerium i en annan värdkristall med något mer utspätt kärnkraftsspinnbad, nämligen YSO, som fortfarande har en betydande mängd nukleära spinnisotoper med 100% yttrium-89 och 5% kisel-29. "
I deras nya studie, Kolesov och hans kollegor ville undersöka elektronspinn med en långvarig sammanhållningstid, vilket slutligen fick dem att undersöka sällsynta jordartsmaterial i en YSO-värdkristall. En tillräckligt lång sammanhållningstid, faktiskt, skulle i slutändan tillåta dem att känna externa kärnkraftspinn, vilket var huvudsyftet med deras arbete.
Vänster:Bild på tillverkade mikrolinser som används för att optiskt studera sällsynta jordartsjoner. Till höger:Laserskanning Mikroskopbild av sällsynta jordartsjärn inuti en mikrolins. Upphovsman:Kornher et al.
"Individuella nukleära snurr kan detekteras baserat på fluorescenssignaler från undersökta sällsynta jordartsjoner, "Thomas Kornher, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "I våra experiment, vi upphetsade ceriumelektronen med cirkulärt polariserade laserpulser till ett specifikt spinntillstånd. Med hjälp av ett mikrovågsfält, snurren fördes sedan till ett superpositionstillstånd, som kan få störningar av externa kärnvridningar. "
Kolesov, Kornher och deras kollegor kunde extrahera denna störning av externa nukleära snurr, som en fluorescerande signal som avges av en annan sekvens av laserpulser. Framför allt, de extraherade framgångsrikt signalen från en individuell extern kärnspinn i ett tätt kärnspinnbad. Deras papper etablerade således enstaka sällsynta jordartsjoner som värdefulla sonder för att detektera enstaka nukleära snurr i sin miljö.
"Om du anser adresserbara enkla nukleära snurr som en potentiellt användbar resurs inom kvantteknik, till exempel system för korrigering av kvantfel, att sedan känna av dem baserade på enstaka sällsynta jordar ger tillgång till ett brett spektrum av material, som nu kan övervägas för kvantapplikationer, "Kornher sa." Det breda utbudet av nya material är baserat på den mångsidiga dopningen av sällsynta jordartsjoner till fasta värdar, som är ett välstuderat fält som bygger på undersökningar av laserfysik. "
Den senaste studien som gjorts av detta forskargrupp samlade nya viktiga fynd som kan öppna nya möjligheter för utveckling av kvantminnesapplikationer med användning av sällsynta jordsystem, som är baserade på kopplade miljömässiga nukleära snurr. I deras framtida arbete, Kolesov, Kornher och deras kollegor skulle vilja undersöka kärnvapeninitialisering som kan möjliggöra åtkomst till kärnvapen. Mer specifikt, de planerar att manipulera de enskilda nukleära snurr som upptäcktes i deras senaste studie och implementera kvantlogikgrindar på dem.
"En metafor för att förklara resultaten av vår studie kan vara att vi kunde höra den mycket tysta tonen i en mygg (låt det till och med vara en kvantmygg) på en gata med tung trafik (spinnbad), "Sa Kolesov." Hittills har vi kan bara höra det, men nästa uppgift skulle vara att kontrollera sin flykt och det slutliga målet att kontrollera flera mygg på en gång och skilja dem genom sina lite olika röster. "
© 2020 Science X Network
