Forskare från fysikdivisionen vid University of Tsukuba använde kvanteffekten som kallas "spin-locking" för att avsevärt förbättra upplösningen när man utför radiofrekvensavbildning av kvävefel i diamanter. Detta arbete kan leda till snabbare och mer exakt materialanalys, samt en väg mot praktiska kvantdatorer.

Nitrogen vacancy (NV) centra har länge studerats för deras potentiella användning i kvantdatorer. Ett NV -centrum är en typ av defekt i en diamants gitter, där två närliggande kolatomer har ersatts med en kväveatom och ett tomrum. Detta lämnar en oparad elektron, som kan detekteras med radiofrekvensvågor, eftersom dess sannolikhet att avge en foton beror på dess spinntillstånd. Dock, den rumsliga upplösningen för radiovågdetektering med konventionella radiofrekvenstekniker har förblivit mindre än optimal.

Nu, forskare vid University of Tsukuba har drivit upplösningen till sin gräns genom att använda en teknik som kallas "spin-locking". Mikrovågspulser används för att sätta elektronens snurr i en kvantöverlagring upp och ner samtidigt. Sedan, ett drivande elektromagnetiskt fält får rotationen att rotera runt, som en vinglig topp. Slutresultatet är en elektronspinn som är avskärmad från slumpmässigt brus men starkt kopplad till detektionsutrustningen. "Snurrlås garanterar hög noggrannhet och känslighet för det elektromagnetiska fältet, "förklarar författaren professor Shintaro Nomura. På grund av den höga densiteten av NV -centra i de använda diamantproverna, den kollektiva signalen de producerade kunde enkelt tas upp med denna metod. Detta tillät avkänning av samlingar av NV -centra i mikrometerskala. "Den rumsliga upplösningen vi fick med RF -avbildning var mycket bättre än med liknande befintliga metoder, "Professor Nomura fortsätter, "och det begränsades bara av upplösningen för det optiska mikroskopet vi använde."

Den metod som demonstreras i detta projekt kan tillämpas på en mängd olika tillämpningsområden - till exempel karaktäriseringarna av polära molekyler, polymerer, och proteiner, liksom karaktärisering av material. Det kan också användas i medicinska applikationer - till exempel som ett nytt sätt att utföra magnetokardiografi.