電磁ノイズは通信に重大な問題を引き起こすため、無線通信事業者はそれを克服するための技術に多額の投資をする必要があります。迷惑者ではありますが、騒音を研究することで多くのことを知ることができます。物理学者は、物質内のノイズを測定することで、その組成、温度、電子がどのように流れて相互作用するのか、どのように回転して磁石を形成するのかを知ることができます。一般に、騒音が空間的または時間的にどのように変化するかを測定することは困難です。
科学者たち プリンストン大学 と ウィスコンシン大学マディソン校 彼らは、相関関係を研究することによって材料内のノイズを測定する方法を開発しました。この情報を使用して、ノイズの空間構造と時間変化する性質を学習できます。この方法では、中心に窒素空孔を持つ特別に設計されたダイヤモンドが使用されます。この手法は、微小な変化を追跡します。 磁場は、多数の異なる読み取り値を平均した以前の結果と比較して、大幅な進歩です。
高度に制御されたダイヤモンド構造は窒素空孔 (NV) センターと呼ばれます。これらのNV中心は、炭素原子が窒素原子と交換され、化学構造の隣に空きスペースまたは空孔が存在する場合に、ダイヤモンドの炭素原子格子が変化したものです。 NV センターを持つダイヤモンドは、重要な研究に必要な規模と速度で磁場の変化を記録できる数少ない機器の 1 つです。 量子テクノロジー および 凝縮物性物理学.
単一の NV センターによって磁場を高精度で監視できるようになりましたが、科学者が複数の NV センターの使用方法を発見するまで、材料内のノイズの空間構成を分析できませんでした。
プリンストン大学の電気・コンピュータ工学准教授ナタリー・デ・レオン氏はこう語る。 「これにより、これまで理論的にのみ分析されてきた奇妙な量子挙動を持つ材料の特性を理解するための扉が開かれます。」
「これは根本的に新しい技術です。理論的な観点から、これを行うことが非常に強力であることは明らかです。この研究に最も興奮している聴衆は、物性理論の専門家だと私は思います。今では現象の世界全体が存在するので、それらは別の方法で特徴づけられるかもしれません。」
量子スピン液体 これは、特定の温度に冷却されたときの典型的な磁性材料の特徴である固体状態の安定性とは対照的に、電子が常に流れている現象の 1 つです。
デ・レオンはこう言いました。 「量子スピン液体の難しい点は、定義上、静的な磁気秩序が存在しないため、別の種類の材料のように磁場を単純にマッピングすることができないことです。」これまで、これらの 2 点磁場相関器を直接測定する方法はなく、人々はその代わりに、その測定のための複雑な代用手段を見つけようとしてきました。」
科学者は、ダイヤモンドセンサーを使用して複数の場所で磁場を同時に測定することにより、電子とそのスピンが物質の時空間全体にどのように流れるかを判断できます。この新しい技術を作成するために、研究チームは、NV 中心を持つダイヤモンドを校正済みのレーザー パルスに曝露したところ、その後、一対の NV 中心からの光子数のスパイクが 2 つあることに気づき、同時に各中心での電子スピンが読み取られました。
研究の共著者であるウィスコンシン大学マディソン校の物理学准教授であるシモン・コルコウィッツ氏は、次のように述べています。 と, 「これら 2 つのスパイクのうち 1 つは私たちが適用しているシグナルであり、もう 1 つはローカル環境からのスパイクであり、違いを見分ける方法はありません。しかし、相関関係を見ると、相関しているものは適用している信号からのものであり、もう一方は相関していないことがわかります。そして、これまで人々が測定できなかったものを、私たちは測定できるようになりました。」
ジャーナルリファレンス：
- ジャレッド・ロヴニー、紫陽袁、マティアス・フィッツパトリック 他ダイヤモンド量子センサーを使用したナノスケール共分散磁力測定。 科学。 DOI： 10.1126/science.ade9858
