Kredit:LifetimeStock/Shutterstock
Forskare från University of Tsukuba visade hur ultrasnabb spektroskopi kan användas för att förbättra kvantsensorernas tidsupplösning. Genom att mäta orienteringen av koherenta spinn inuti ett diamantgitter visade de att magnetfält kan mätas även under mycket korta tider. Detta arbete kan möjliggöra utvecklingen av området för mätningar med ultrahög noggrannhet som kallas kvantmetrologi, såväl som "spintroniska" kvantdatorer som arbetar baserat på elektronsnurr.
Kvantavkänning ger möjlighet till extremt noggrann övervakning av temperatur, såväl som magnetiska och elektriska fält, med nanometerupplösning. Genom att observera hur dessa egenskaper påverkar energinivåskillnaderna inom en avkänningsmolekyl kan nya vägar inom området nanoteknik och kvantberäkning bli genomförbara. Tidsupplösningen för konventionella kvantavkänningsmetoder har dock tidigare varit begränsad till intervallet mikrosekunder på grund av begränsade luminescenslivslängder. Ett nytt tillvägagångssätt behövs för att förfina kvantavkänningen.
Nu har ett team av forskare under ledning av University of Tsukuba utvecklat en ny metod för att implementera magnetfältsmätningar i ett välkänt kvantavkänningssystem. Nitrogen-vacancy (NV) centra är specifika defekter i diamanter där två intilliggande kolatomer har ersatts av en kväveatom och en vakans. Spintillståndet för en extra elektron på den här platsen kan avläsas eller koherent manipuleras med hjälp av ljuspulser.
"Till exempel kan det negativt laddade NV-spinntillståndet användas som en kvantmagnetometer med ett helt optiskt avläsningssystem, även vid rumstemperatur", säger första författaren Ryosuke Sakurai. Teamet använde en "invers Cotton-Mouton"-effekt för att testa sin metod. Den normala Cotton-Mouton-effekten uppstår när ett tvärgående magnetfält skapar dubbelbrytning, vilket kan förändra linjärt polariserat ljus till att ha en elliptisk polarisation. I det här experimentet gjorde forskarna tvärtom och använde ljus med olika polarisationer för att skapa små kontrollerade lokala magnetfält.
"Med ickelinjär optomagnetisk kvantavkänning kommer det att vara möjligt att mäta lokala magnetfält, eller spinnströmmar, i avancerade material med hög rumslig och tidsmässig upplösning," seniorförfattaren Muneaki Hase och hans kollega Toshu An vid Japan Advanced Institute of Science och teknik, säg. Teamet hoppas att detta arbete kommer att bidra till att möjliggöra kvantspintroniska datorer som är känsliga spinntillstånd, inte bara elektrisk laddning som med nuvarande datorer. Forskningen, som visas i APL Photonics , kan också möjliggöra nya experiment för att observera dynamiska förändringar i magnetfält eller möjligen till och med enstaka snurr under realistiska enhetsdriftsförhållanden. + Utforska vidare
