Физики научились управлять квантовым состоянием дефектов в алмазе с помощью звука

-->

Американские ученые построили микроэлектромеханическое устройство на основе кристалла алмаза с азотно-замещенными вакансиями и продемонстрировали возможность управления электронными спинами этих дефектов с помощью акустического спинового резонанса. Полученные результаты помогут в создании компактных высокочувствительных сенсоров с нанометровым пространственным разрешением и низким энергопотреблением.

Статья опубликована в журнале Physical Review Applied.

Кристаллы алмаза используются физиками как материал для создания устройств квантовой обработки информации и чувствительных магнитных, электрических и температурных сенсоров с высокой разрешающей способностью. Для этих целей обычно применяют кристаллы с дефектами решетки — азотно-замещенными вакансиями, которые сокращенно называют NV-центрами. Они образуются в результате удаления атома углерода из узла решетки и связывания образовавшейся вакансии с атомом азота, замещающим позицию одного из соседних углеродов.

Для практических задач, связанных с управлением спинами NV-дефектов, состояние которых можно рассматривать как логические состояния кубитов, обычно используют отрицательно заряженные NV-центры, электронный спин S которых равен единице (за счет наличия двух неспаренных электронов в таком дефекте). Согласно квантовой механике, момент импульса и ассоциированный с ним магнитный момент дефекта квантуются и состояние NV-центров с наименьшей энергией (основное состояние) состоит из трех спиновых подуровней, соответствующих проекциям спина на некоторую выделенную ось Z, которые определяются значениями магнитного спинового квантового числа ms = −1, 0, +1.

При включении внешнего магнитного поля вдоль оси, проходящей через атом азота и вакансию углерода, происходит расщепление спиновых энергетических уровней основного состояния NV-центра, линейно зависящее от величины магнитного поля. Если при этом приложить в перпендикулярном направлении осциллирующее слабое магнитное поле в виде микроволнового излучения определенной частоты, совпадающей с расстоянием между расщепленными энергетическими уровнями, то произойдет поглощение кванта электромагнитного поля и переход системы в состояние с более высокой энергией с изменением числа ms на единицу. Это явление, называемое электронным парамагнитным (или спиновым) резонансом, — один из способов манипуляции электронными спинами NV-центров.

Американские ученые под руководством Грега Фукса (Greg Fuchs) из Корнельского университета продемонстрировали, что для тех же целей можно применять звуковые волны.

Подробнее
Пожалуйста, оцените статью:
Пока нет голосов