چگونه الماس معیوب منجر به شبکه های کوانتومی بی عیب و نقص می شود


خبر – رنگ الماس از نقص یا “خلا” ناشی می شود که اتمی کربن در شبکه بلوری وجود ندارد. پیشنهادات شغلی از دیرباز مورد توجه محققان الکترونیک بوده است زیرا می توانند به عنوان “گره کوانتومی” یا نقاطی که یک شبکه کوانتومی برای انتقال داده تشکیل می دهند مورد استفاده قرار گیرند. یکی از راههای وارد کردن نقص به الماس ، کاشتن آن با عناصر دیگر مانند نیتروژن ، سیلیکون یا قلع است. در مطالعه ای که اخیراً در فوتونیک ACS، دانشمندان ژاپنی نشان می دهند که مراکز خالی سرب در الماس دارای ویژگی های مناسب برای عمل به عنوان گره کوانتومی هستند. پروفسور تاکایوکی ایواساکی از موسسه توکیو می گوید: “استفاده از اتم سنگین گروه IV مانند سرب یک استراتژی ساده برای دستیابی به خواص برتر چرخش در دمای بالا است ، اما مطالعات قبلی در تعیین دقیق ویژگی های نوری مراکز خالی سرب ناسازگار بوده است.” فناوری (Tokyo Tech) که این مطالعه را رهبری کرد.

سه ویژگی مهم که محققان در یک گره کوانتومی بالقوه به دنبال آن هستند عبارتند از تقارن ، زمان انسجام چرخش و خطوط صفر فونون (ZPLs) یا خطوط انتقال الکترونیکی که بر “فونون” ها ، کوانتوم ارتعاشات شبکه کریستالی تأثیر نمی گذارد. تقارن بینشی در مورد کنترل چرخش (سرعت چرخش ذرات زیر اتمی مانند الکترون ها) ارائه می دهد ، انسجام به ماهیت موجی یکسان دو ذره اشاره دارد و ZPL ها کیفیت نوری بلور را توصیف می کنند.

محققان جای خالی سرب را در الماس ایجاد کردند و سپس کریستال را در معرض فشار بالا و درجه حرارت بالا قرار دادند. سپس آنها با استفاده از طیف سنجی نورپردازی ، جای خالی سرب را بررسی کردند ، تکنیکی که با استفاده از آن می توان خواص نوری را خواند و خواص چرخش را تخمین زد. آنها دریافتند که جای خالی سرب دارای نوعی تقارن دو طرفه است که برای ایجاد شبکه های کوانتومی مناسب است. آنها همچنین دریافتند که سیستم دارای “حالت اولیه شکاف” است ، ویژگی ای که به انسجام سیستم کمک می کند. سرانجام ، آنها مشاهده کردند که فشار بالا و درجه حرارت بالا که روی کریستال ها اعمال می کنند ، توزیع ناهمگن ZPL ها را با بازگرداندن آسیب های وارد شده به شبکه بلوری در طول فرآیند کاشت ، سرکوب می کند. محاسبه ساده نشان داد که جای خالی سرب زمان انسجام چرخش طولانی تری را در دمای بالاتر (9K) نسبت به سیستم های قبلی با خالی سیلیکون و قلع نشان می دهد.

“شبیه سازی ارائه شده در مطالعه ما به نظر می رسد نشان می دهد که مرکز خالی سرب به احتمال زیاد یک سیستم ضروری برای ایجاد رابط کوانتوم-ماده-یکی از عناصر کلیدی در کاربرد شبکه های کوانتومی است.” به ایواساکی

این مطالعه راه را برای توسعه آینده ویفرهای الماسی بزرگ (معیوب) و فیلم های الماس نازک (معیوب) با خواص قابل اعتماد برای کاربردهای شبکه کوانتومی هموار می کند.