Sähkömagneettinen kohina aiheuttaa merkittävän viestintäongelman, mikä saa langattomat operaattorit investoimaan voimakkaasti tekniikoihin sen ratkaisemiseksi. Huolimatta siitä, että se on häiriö, se voi kertoa monia asioita tutkimalla melua. Mittaamalla materiaalissa olevaa kohinaa fyysikot voivat oppia sen koostumuksen, lämpötilan, elektronien virtauksen ja vuorovaikutuksen toistensa kanssa ja kuinka se pyörii muodostaen magneetteja. Yleensä on vaikea mitata, kuinka melu muuttuu tilassa tai ajassa.
Tutkijat Princeton University ja University of Wisconsin-Madison ovat luoneet menetelmän kohinan mittaamiseksi materiaalissa korrelaatioita tutkimalla. He voivat käyttää tätä tietoa oppiakseen kohinan tilarakenteen ja ajallisesti vaihtelevan luonteen. Menetelmässä käytetään erityisesti suunniteltuja timantteja, joissa on typpivakanssikeskuksia. Tämä menetelmä, joka seuraa pieniä vaihteluita magneettikentät, on merkittävä edistysaskel verrattuna aikaisempiin lukuihin, joiden keskiarvo oli useita erilaisia.
Erittäin hallittuja timanttirakenteita kutsutaan typen tyhjiökeskuksiksi (NV). Nämä NV-keskukset ovat modifikaatioita timantin hiiliatomihilassa, kun hiiliatomi vaihdetaan typpiatomiin ja sen vieressä on kemiallisessa rakenteessa tyhjä tila tai tyhjä tila. Timantti, jossa on NV-keskuksia, on yksi harvoista instrumenteista, joka pystyy tallentamaan magneettikenttien muutoksia siinä mittakaavassa ja nopeudella, joka vaaditaan keskeisiin tutkimuksiin. kvanttitekniikka ja tiivistyneen aineen fysiikka.
Vaikka yksittäinen NV-keskus teki mahdolliseksi seurata magneettikenttiä erittäin tarkasti, vasta tutkijat keksivät, kuinka käyttää useita NV-keskuksia, he pystyivät analysoimaan kohinan tilaorganisaatiota materiaalissa.
Princetonin yliopiston sähkö- ja tietokonetekniikan apulaisprofessori Nathalie de Leon sanoi: "Tämä avaa oven ymmärrykseen materiaalien ominaisuuksista, joilla on outoa kvanttikäyttäytymistä, joita on tähän asti analysoitu vain teoreettisesti."
”Se on pohjimmiltaan uusi tekniikka. Teoreettisesta näkökulmasta on selvää, että tämä olisi erittäin tehokasta. Yleisö, joka mielestäni on innostunut tästä teoksesta, ovat tiivistetyn aineen teoreetikot; Nyt kun on olemassa koko tämä ilmiömaailma, ne saattavat pystyä luonnehtimaan eri tavalla."
Kvanttispin neste on yksi tällainen ilmiö, jossa elektronit ovat jatkuvasti virrassa, toisin kuin kiinteän olomuodon stabiilisuus, joka on ominaista tyypilliselle magneettiselle materiaalille, kun se jäähdytetään tiettyyn lämpötilaan.
de Leon sanoi, "Kvanttispinnesteen haastava asia on se, että määritelmän mukaan siinä ei ole staattista magneettista järjestystä, joten et voi vain kartoittaa magneettikenttää" kuten tekisit muun tyyppisen materiaalin kanssa. Toistaiseksi näitä kaksipisteisiä magneettikenttäkorrelaattoreita ei ole voitu mitata suoraan, ja ihmiset ovat sen sijaan yrittäneet löytää monimutkaisia välityspalvelimia tälle mittaukselle.
Tutkijat voivat määrittää, kuinka elektronit ja niiden spinit virtaavat koko materiaalin tilassa ja ajassa mittaamalla magneettikenttiä samanaikaisesti useissa paikoissa timanttiantureilla. Uuden tekniikan luomiseksi ryhmä altisti timantin, jossa oli NV-keskuksia, kalibroiduille laserpulsseille ja huomasi sen jälkeen kaksi piikkiä fotonien määrässä, jotka tulivat parista NV-keskuksista, elektronien pyörimisestä jokaisessa keskustassa samalla hetkellä.
Tutkimuksen kirjoittaja Shimon Kolkowitz, fysiikan apulaisprofessori Wisconsin-Madisonin yliopistosta, sanoi, "Toinen näistä kahdesta piiistä on signaali, jota käytämme, toinen on piiki paikallisesta ympäristöstä, eikä eroa voi erottaa. Mutta kun katsomme korrelaatioita, yksi korreloi signaalista, jota käytämme, ja toinen ei. Ja me voimme mitata sen, mitä ihmiset eivät voineet mitata aiemmin."
Lehden viite:
- Jared Rovny, Zhiyang Yuan, Mattias Fitzpatrick ym. Nanomittakaavan kovarianssimagnetometria timanttikvanttisensorilla. tiede. DOI: 10.1126/science.ade9858
