Университет Маккуори
Исследователи из Университета Маккуори продемонстрировали, как обычный виноград из супермаркета может повысить производительность квантовых датчиков, что потенциально может привести к созданию более эффективных квантовых технологий.
Исследование, опубликованное в Physical Review Applied 20 декабря 2024 года, показывает, что пары виноградин могут создавать сильные локализованные очаги магнитного поля микроволн, которые используются в квантовых сенсорных приложениях. Это открытие может помочь в разработке более компактных и экономичных квантовых устройств.
«В то время как предыдущие исследования изучали электрические поля, вызывающие плазменный эффект, мы показали, что пары винограда также могут усиливать магнитные поля, которые имеют решающее значение для приложений квантового зондирования», — говорит ведущий автор Али Фаваз, аспирант квантовой физики в Университете Маккуори.
Исследование основано на вирусных видеороликах в социальных сетях, демонстрирующих, как виноград создает плазму — светящиеся шары электрически заряженных частиц — в микроволновых печах.
В то время как предыдущие исследования были сосредоточены на электрических полях, группа Маккуори исследовала эффекты магнитного поля, имеющие решающее значение для квантовых приложений.
Команда использовала специализированные наноалмазы, содержащие азотно-вакансионные центры — дефекты атомного масштаба, которые действуют как квантовые датчики. Эти дефекты (один из многих дефектов, придающих алмазам их цвет) ведут себя как крошечные магниты и могут обнаруживать магнитные поля.
«Чистые алмазы бесцветны, но когда определенные атомы заменяют атомы углерода , они могут образовывать так называемые «дефектные» центры с оптическими свойствами », — говорит соавтор исследования доктор Сарат Раман Наир, преподаватель квантовой технологии в Университете Маккуори. «Центры азотных вакансий в наноалмазах, которые мы использовали в этом исследовании, действуют как крошечные магниты, которые мы можем использовать для квантового зондирования».
Команда поместила свой квантовый датчик — алмаз, содержащий особые атомы — на кончик тонкого стеклянного волокна и расположила его между двумя виноградинами. Пропуская зеленый лазерный свет через волокно, они смогли заставить эти атомы светиться красным. Яркость этого красного свечения выявила силу микроволнового поля вокруг винограда.
«Используя эту технику, мы обнаружили, что магнитное поле микроволнового излучения становится в два раза сильнее, когда мы добавляем виноград», — говорит Фаваз.
Старший автор, профессор Томас Фольц, возглавляющий Группу квантовых материалов и приложений в Школе математических и физических наук Университета Маккуори, утверждает, что результаты исследования открывают захватывающие возможности для миниатюризации квантовых технологий.
«Это исследование открывает еще одно направление для изучения альтернативных конструкций микроволновых резонаторов для квантовых технологий, что потенциально приведет к созданию более компактных и эффективных квантовых сенсорных устройств», — говорит он.
Размер и форма винограда оказались решающими для успеха эксперимента. Эксперименты команды основывались на винограде точного размера — каждый длиной около 27 миллиметров — для концентрации микроволновой энергии на приблизительно правильной частоте алмазного квантового датчика.
Традиционно квантовые сенсорные устройства используют для этой цели сапфир. Однако команда Macquarie предположила, что вода может подойти еще лучше. Это сделало виноград, который в основном состоит из воды, заключенной в тонкую кожицу, идеальным для проверки их теории.
«Вода на самом деле лучше сапфира концентрирует микроволновую энергию, но она также менее стабильна и теряет больше энергии в процессе. Это наша главная задача, которую нужно решить», — говорит Фаваз. Выходя за рамки винограда, исследователи теперь разрабатывают более надежные материалы, которые могли бы использовать уникальные свойства воды, приближая нас к созданию более эффективных сенсорных устройств.
Дополнительная информация: Али Фаваз и др., Связывание спинов азотно-вакансионных центров в алмазе с димером винограда, Physical Review Applied (2024). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.22.064078
Информация о журнале: Physical Review Applied
Предоставлено Университетом Маккуори