Kebisingan elektromagnetik menimbulkan masalah komunikasi yang signifikan, sehingga mendorong operator nirkabel untuk berinvestasi besar-besaran dalam teknologi untuk mengatasinya. Meskipun mengganggu, ia dapat mengetahui banyak hal dengan mempelajari kebisingan. Dengan mengukur kebisingan dalam suatu material, fisikawan dapat mempelajari komposisinya, suhunya, bagaimana elektron mengalir dan berinteraksi satu sama lain, dan bagaimana ia berputar membentuk magnet. Biasanya sulit mengukur bagaimana kebisingan berubah dalam ruang atau waktu.
Ilmuwan di Princeton University dan University of Wisconsin-Madison telah menciptakan metode untuk mengukur kebisingan dalam suatu material dengan mempelajari korelasi. Mereka dapat menggunakan informasi ini untuk mempelajari struktur spasial dan sifat kebisingan yang berubah-ubah terhadap waktu. Metode ini menggunakan berlian yang dirancang khusus dengan pusat kekosongan nitrogen. Metode ini, yang melacak variasi menit dalam Medan magnet, merupakan kemajuan signifikan dibandingkan sebelumnya yang memiliki rata-rata pembacaan yang berbeda-beda.
Struktur berlian yang sangat terkontrol disebut pusat kekosongan nitrogen (NV). Pusat NV ini merupakan modifikasi pada kisi atom karbon berlian ketika atom karbon ditukar dengan atom nitrogen, dan terdapat ruang kosong, atau kekosongan, di sebelahnya dalam struktur kimia. Berlian dengan pusat NV adalah salah satu dari sedikit instrumen yang dapat merekam perubahan medan magnet pada skala dan kecepatan yang diperlukan untuk studi penting di bidang magnet. teknologi kuantum dan fisika benda terkondensasi.
Meskipun satu pusat NV memungkinkan pemantauan medan magnet dengan sangat presisi, baru setelah para ilmuwan menemukan cara menggunakan beberapa pusat NV barulah mereka dapat menganalisis organisasi spasial kebisingan dalam suatu material.
Nathalie de Leon, seorang profesor teknik elektro dan komputer di Universitas Princeton, berkata, “Ini membuka pintu untuk memahami sifat-sifat material dengan perilaku kuantum aneh yang hingga saat ini hanya dianalisis secara teoritis.”
“Ini adalah teknik yang pada dasarnya baru. Jelas dari sudut pandang teoretis bahwa melakukan hal ini akan sangat bermanfaat. Penonton yang menurut saya paling tertarik dengan karya ini adalah para ahli teori materi terkondensasi; sekarang karena ada banyak sekali fenomena, mereka mungkin dapat dikarakterisasi secara berbeda.”
Cairan putaran kuantum adalah salah satu fenomena tersebut, di mana elektron terus-menerus berubah, berbeda dengan stabilitas keadaan padat yang menjadi ciri khas bahan magnetik ketika didinginkan hingga suhu tertentu.
de Leon berkata, “Hal yang menantang tentang cairan spin kuantum adalah, menurut definisi, tidak ada keteraturan magnetis statis, jadi Anda tidak bisa begitu saja memetakan medan magnet” seperti yang Anda lakukan pada jenis material lain. Hingga saat ini, belum ada cara untuk mengukur korelator medan magnet dua titik ini secara langsung, dan orang-orang malah mencoba menemukan proksi yang rumit untuk pengukuran tersebut.”
Para ilmuwan dapat menentukan bagaimana elektron dan putarannya mengalir di seluruh ruang dan waktu suatu material dengan mengukur medan magnet secara bersamaan di beberapa lokasi dengan sensor berlian. Untuk menciptakan teknik baru ini, tim mengekspos berlian dengan pusat NV ke pulsa laser yang dikalibrasi dan kemudian melihat dua lonjakan jumlah foton yang berasal dari sepasang pusat NV, pembacaan putaran elektron di setiap pusat pada saat yang sama.
Rekan penulis studi Shimon Kolkowitz, seorang profesor fisika di Universitas Wisconsin-Madison, tersebut, “Salah satu dari dua lonjakan tersebut merupakan sinyal yang kami terapkan, yang lainnya merupakan lonjakan dari lingkungan lokal, dan tidak ada cara untuk membedakannya. Namun jika kita melihat korelasinya, yang berkorelasi berasal dari sinyal yang kita terapkan, dan yang lainnya tidak. Dan kita dapat mengukurnya, yang sebelumnya tidak dapat diukur oleh orang lain.”
Referensi Jurnal:
- Jared Rovny, Zhiyang Yuan, Mattias Fitzpatrick, dkk. Magnetometri kovarians skala nano dengan sensor kuantum berlian. Ilmu. DOI: 10.1126/science.ade9858
