نویز الکترومغناطیسی یک مشکل ارتباطی مهم ایجاد می‌کند و اپراتورهای بی‌سیم را وادار می‌کند تا برای غلبه بر آن، روی فناوری‌های زیادی سرمایه‌گذاری کنند. علیرغم مزاحم بودن، با مطالعه نویز می تواند چیزهای زیادی را بیان کند. با اندازه‌گیری نویز در یک ماده، فیزیکدانان می‌توانند ترکیب، دما، نحوه جریان و تعامل الکترون‌ها با یکدیگر و نحوه چرخش آن برای تشکیل آهن‌ربا را بیاموزند. به طور کلی اندازه گیری چگونگی تغییر نویز در مکان یا زمان دشوار است.
دانشمندان در دانشگاه پرینستون و دانشگاه ویسکانسین مدیسون روشی برای اندازه گیری نویز در یک ماده با مطالعه همبستگی ها ایجاد کرده اند. آنها می توانند از این اطلاعات برای یادگیری ساختار فضایی و ماهیت متغیر زمانی نویز استفاده کنند. در این روش از الماس های طراحی شده ویژه با مراکز خالی نیتروژن استفاده می شود. این روش که تغییرات دقیقه را در آن ردیابی می کند میدان های مغناطیسی، پیشرفت قابل توجهی نسبت به موارد قبلی است که میانگین قرائت های مختلف متعددی داشتند.
ساختارهای الماس بسیار کنترل شده، مراکز خالی نیتروژن (NV) نامیده می شوند. این مراکز NV تغییراتی در شبکه اتم کربن الماس هستند، زمانی که یک اتم کربن با یک اتم نیتروژن جایگزین می شود و یک فضای خالی یا جای خالی در کنار آن در ساختار شیمیایی وجود دارد. الماس با مراکز NV یکی از معدود ابزارهایی است که می تواند تغییرات میدان مغناطیسی را در مقیاس و سرعت مورد نیاز برای مطالعات حیاتی ثبت کند. فناوری کوانتوم و فیزیک ماده متراکم.
حتی در حالی که یک مرکز NV امکان نظارت بر میدان‌های مغناطیسی را با دقت بسیار بالا فراهم می‌کرد، تا زمانی که دانشمندان متوجه نشدند چگونه از چندین مرکز NV استفاده کنند، بتوانند سازمان‌دهی فضایی نویز را در یک ماده تجزیه و تحلیل کنند.
ناتالی دی لئون، دانشیار مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه پرینستون گفت: "این دری را برای درک خواص مواد با رفتارهای کوانتومی عجیب و غریب که تا کنون فقط به صورت تئوری مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته اند، باز می کند."
«این یک تکنیک اساساً جدید است. از منظر نظری روشن است که انجام این کار بسیار قدرتمند خواهد بود. مخاطبی که فکر می‌کنم بیشتر از همه در مورد این اثر هیجان‌زده است، نظریه‌پردازان ماده متراکم هستند. اکنون که تمام این دنیای پدیده ها وجود دارد، آنها ممکن است بتوانند به گونه ای متفاوت توصیف کنند."
مایع اسپین کوانتومی یکی از این پدیده‌ها است که در آن الکترون‌ها دائماً در شار هستند، برخلاف پایداری حالت جامد که مشخصه یک ماده مغناطیسی معمولی است که در دمای خاصی سرد شود.
دی لئون گفت «نکته چالش برانگیز در مورد مایع اسپین کوانتومی این است که طبق تعریف، نظم مغناطیسی ثابتی وجود ندارد، بنابراین نمی‌توانید مانند نوع دیگری از مواد، یک میدان مغناطیسی را ترسیم کنید. تاکنون هیچ راهی برای اندازه‌گیری مستقیم این همبسته‌های میدان مغناطیسی دو نقطه‌ای وجود نداشته است، و مردم در عوض تلاش می‌کنند تا پراکسی‌های پیچیده‌ای برای آن اندازه‌گیری پیدا کنند.
دانشمندان ممکن است با اندازه‌گیری میدان‌های مغناطیسی به طور همزمان در چندین مکان با حسگرهای الماس تعیین کنند که الکترون‌ها و اسپین‌های آنها چگونه در فضا و زمان یک ماده جریان دارند. برای ایجاد این تکنیک جدید، تیم یک الماس با مراکز NV را در معرض پالس‌های لیزری کالیبره‌شده قرار دادند و پس از آن متوجه دو نوک در شمارش فوتون‌هایی شدند که از یک جفت مرکز NV می‌آمدند، بازخوانی اسپین‌های الکترون در هر مرکز در همان لحظه.
شیمون کلکوویتز، یکی از نویسندگان مطالعه، دانشیار فیزیک در دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، گفت:, «یکی از این دو علامت سیگنالی است که ما اعمال می‌کنیم، دیگری یک اسپک از محیط محلی است، و هیچ راهی برای تشخیص تفاوت وجود ندارد. اما وقتی به همبستگی‌ها نگاه می‌کنیم، یکی از سیگنال‌هایی است که ما اعمال می‌کنیم، و دیگری نه. و ما می توانیم آن را اندازه گیری کنیم، چیزی که مردم قبلاً نمی توانستند اندازه گیری کنند."
مرجع مجله:
- جرد روونی، ژیانگ یوان، ماتیاس فیتزپاتریک و دیگران. مغناطیس سنجی کوواریانس نانومقیاس با سنسورهای کوانتومی الماسی علمبه DOI: 10.1126/science.ade9858
