전자기 잡음은 심각한 통신 문제를 야기하므로 무선 통신 사업자는 이를 극복하기 위한 기술에 막대한 투자를 하게 됩니다. 귀찮은 일임에도 불구하고 소음을 연구하면 많은 것을 알 수 있습니다. 물리학자들은 물질의 소음을 측정함으로써 물질의 구성, 온도, 전자가 흐르고 서로 상호 작용하는 방식, 회전하여 자석을 형성하는 방식을 배울 수 있습니다. 일반적으로 소음이 공간이나 시간에 따라 어떻게 변하는지 측정하는 것은 어렵습니다.
과학자 Princeton University 그리고 대학 위스콘신 - 매디슨 상관 관계를 연구하여 재료의 소음을 측정하는 방법을 만들었습니다. 그들은 이 정보를 사용하여 소음의 공간적 구조와 시간에 따른 특성을 학습할 수 있습니다. 이 방법은 질소 공극 중심이 있는 특별히 설계된 다이아몬드를 사용합니다. 이 방법은 미세한 변화를 추적합니다. 자기장, 이는 다양한 판독값을 평균한 이전 버전에 비해 상당한 발전입니다.
고도로 제어된 다이아몬드 구조를 질소 공극(NV) 센터라고 합니다. 이러한 NV 센터는 탄소 원자가 질소 원자로 교체되고 화학 구조에서 그 옆에 빈 공간 또는 빈 공간이 있을 때 다이아몬드의 탄소 원자 격자가 변형된 것입니다. NV 센터가 있는 다이아몬드는 중요한 연구에 필요한 규모와 속도로 자기장의 변화를 기록할 수 있는 몇 안 되는 도구 중 하나입니다. 양자 기술 및 응집물질 물리학.
단일 NV 센터를 통해 매우 정밀하게 자기장을 모니터링할 수 있었지만 과학자들이 여러 NV 센터를 사용하는 방법을 알아내고 나서야 재료 내 소음의 공간적 구성을 분석할 수 있었습니다.
프린스턴 대학의 전기 및 컴퓨터 공학 부교수인 나탈리 드 레온(Nathalie de Leon)은 다음과 같이 말했습니다. "이것은 지금까지 이론적으로만 분석되었던 기이한 양자 거동을 가진 물질의 특성을 이해하는 문을 열어줍니다."
“이것은 근본적으로 새로운 기술입니다. 이를 수행하는 것이 매우 강력할 것이라는 것은 이론적 관점에서 분명합니다. 내 생각에 이 작업에 대해 가장 흥미를 느끼는 청중은 응집물질 이론가들이다. 이제 이 모든 현상의 세계가 존재하므로, 그것들을 다르게 특성화할 수 있을 것입니다.”
양자 스핀 액체 특정 온도로 냉각될 때 일반적인 자성 재료의 특징인 고체 상태 안정성과 달리 전자가 끊임없이 유동하는 현상 중 하나입니다.
드 레온이 말했다. “양자 스핀 액체의 어려운 점은 정의상 정자기 순서가 없기 때문에 다른 유형의 재료에서처럼 자기장을 매핑할 수 없다는 것입니다.” 지금까지 이러한 2점 자기장 상관기를 직접 측정할 수 있는 방법은 없었으며, 대신 사람들은 해당 측정을 위한 복잡한 프록시를 찾으려고 노력해 왔습니다.”
과학자들은 다이아몬드 센서를 사용하여 여러 위치에서 동시에 자기장을 측정하여 전자와 스핀이 물질의 공간과 시간에 걸쳐 어떻게 흐르는지 확인할 수 있습니다. 새로운 기술을 만들기 위해 팀은 NV 센터가 있는 다이아몬드를 보정된 레이저 펄스에 노출한 후 한 쌍의 NV 센터에서 나오는 광자 수의 두 스파이크를 발견했습니다. 이는 동시에 각 센터에서 전자 스핀을 판독하는 것입니다.
연구 공동 저자인 위스콘신 매디슨 대학교 물리학과 부교수인 Shimon Kolkowitz는 말했다, “두 개의 스파이크 중 하나는 우리가 적용하는 신호이고 다른 하나는 로컬 환경의 스파이크이며 차이점을 알 수 있는 방법이 없습니다. 그러나 상관 관계를 살펴보면 상관 관계가 있는 것은 우리가 적용하는 신호에서 나온 것이고 다른 하나는 그렇지 않은 것입니다. 그리고 이전에는 사람들이 측정할 수 없었던 것을 우리는 측정할 수 있습니다.”
저널 참조 :
- Jared Rovny, Zhiyang Yuan, Mattias Fitzpatrick 등 다이아몬드 양자 센서를 이용한 나노규모 공분산 자기측정법. 과학. DOI : 10.1126/science.ade9858
