电磁噪声造成了严重的通信问题，促使无线运营商大力投资技术来克服这一问题。 尽管很麻烦，但它可以通过研究噪音来了解很多事情。 通过测量材料中的噪声，物理学家可以了解其成分、温度、电子如何流动和相互作用，以及它如何旋转形成磁铁。 通常很难测量噪声在空间或时间上的变化。
科学家在 普林斯顿大学 和 美国威斯康星大学麦迪逊分校 创建了一种通过研究相关性来测量材料中噪声的方法。 他们可以利用这些信息来了解噪声的空间结构和随时间变化的性质。 该方法使用专门设计的具有氮空位中心的钻石。 这种方法可以追踪微小的变化 磁场，与早期平均许多不同读数的方法相比是一个重大进步。
高度控制的金刚石结构称为氮空位（NV）中心。 当碳原子被氮原子替换时，这些 NV 中心是对钻石碳原子晶格的修改，并且在化学结构中紧邻其旁边有一个空白空间或空位。 具有 NV 中心的钻石是少数能够以关键研究所需的规模和速度记录磁场变化的仪器之一。 量子技术 和 凝聚态物理学.
尽管单个 NV 中心可以非常精确地监测磁场，但直到科学家们弄清楚如何使用多个 NV 中心，他们才能分析材料中噪声的空间组织。
普林斯顿大学电气与计算机工程副教授纳塔莉·德莱昂 (Nathalie de Leon) 表示， “这为理解具有奇异量子行为的材料特性打开了大门，而迄今为止，这些材料仅在理论上进行了分析。”
“这是一项全新的技术。 从理论角度来看，很明显，这样做会非常强大。 我认为对这项工作最感兴趣的观众是凝聚态理论家； 既然存在这个充满现象的世界，他们也许能够以不同的方式描述特征。”
量子自旋液 就是这样一种现象，其中电子不断流动，这与典型磁性材料在冷却到特定温度时的固态稳定性形成鲜明对比。
德莱昂说， “量子自旋液体的挑战性在于，根据定义，不存在静态磁序，因此你不能像使用其他类型的材料一样绘制出磁场”。 到目前为止，还没有办法直接测量这些两点磁场相关器，人们一直在尝试寻找复杂的替代方法来进行测量。”
科学家可以通过使用金刚石传感器同时测量多个位置的磁场来确定电子及其自旋如何在材料的空间和时间中流动。 为了创造这项新技术，该团队将一颗具有 NV 中心的钻石暴露在校准的激光脉冲中，随后注意到来自一对 NV 中心的光子计数出现两个峰值，即在同一时刻读出每个中心的电子自旋。
研究合著者西蒙·科尔科维茨 (Shimon Kolkowitz) 是威斯康星大学麦迪逊分校的物理学副教授， 说过, “这两个尖峰之一是我们正在应用的信号，另一个是来自当地环境的尖峰，没有办法区分。 但是，当我们查看相关性时，会发现相关性来自我们正在应用的信号，而另一个则不然。 我们可以测量这一点，这是人们以前无法测量的。”
杂志参考：
- 贾里德·罗夫尼、袁志扬、马蒂亚斯·菲茨帕特里克等。 使用金刚石量子传感器的纳米级协方差磁力测量。 科学。 DOI： 10.1126/science.ade9858
