دستکاری الماس برای استفاده در حسگر‌های کوانتومی

محققان آزمایشگاه ملی آرگون غشا‌های نازکی از الماس ساختند که در آن نقص‌های اتمی ایجاد شده که به‌عنوان مراکز رنگ عمل می‌کند. این غشا‌ها قابلیت استفاده در حسگر‌های کوانتومی را دارد.

کد خبر: ۱۰۱۴۶۶۶

سه‌شنبه - ۱۷ خرداد ۱۴۰۱ / June 07, 2022

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان آزمایشگاه ملی آرگون غشا‌های نازکی از الماس ساختند که در آن نقص‌های اتمی ایجاد شده که به‌عنوان مراکز رنگ عمل می‌کند. این غشا‌ها قابلیت استفاده در حسگر‌های کوانتومی را دارد.

رنگ آبی درخشان الماس ناشی از ناخالصی‌های کوچک در ساختار بلوری آن است. ناخالصی‌های مشابه الماس نیز دانشمندانی که به دنبال ایجاد موادی هستند که بتوانند برای محاسبات کوانتومی و حسگری کوانتومی استفاده شوند، را امیدوار می‌کند.

در تحقیقات جدید آزمایشگاه ملی آرگون (DOE)، محققان غشا‌های بسیار نازکی از الماس خالص ساخته‌اند. با این حال، در چند مکان در ساختار بلور غشا، این تیم اتم‌های کربن را با اتم‌های دیگر، به ویژه نیتروژن، جایگزین کردند. این نقص‌ها به جا‌های خالی اتمی همسایه متصل می‌شوند و سیستم‌های کوانتومی غیرعادی به نام “مراکز رنگ” را ایجاد می‌کنند. چنین مراکز رنگی سایت‌هایی برای ذخیره و پردازش اطلاعات کوانتومی هستند.

دانشمندان آزمایشگاه ملی آرگون با داشتن روشی برای ایجاد ارزان و آسان غشا‌های الماسی که دارای مراکز رنگی قوی هستند، امیدوارند که بتوانند نوعی خط مونتاژ برای تولید تعداد زیادی از این غشا‌ها برای آزمایش‌های کوانتومی در سراسر جهان بسازند.

زینگان گوئو، دانشجوی فارغ‌التحصیل دانشگاه شیکاگو، نویسنده اصلی این مطالعه، گفت که توانایی رشد غشا‌ها می‌تواند موضوعی برای افزایش همکاری بین آزمایشگاه‌های مختلف حوزه اطلاعات کوانتومی باشد.»

گوئو گفت: «در اصل، ما امیدواریم که این نتایج در نهایت به ما این توانایی را بدهد که به صورت تک مرحله‌ای موادی برای استفاده در حسگر‌های کوانتومی تولید کنیم.»

دلگان از محققان این پروژه می‌گوید: «نقایص الماس برای ما جالب است، زیرا می‌توان از آن‌ها برای کاربرد کوانتومی استفاده کرد. ساخت این غشا‌ها به ما این امکان را می‌دهد که این نقص‌ها را با سیستم‌های دیگر ادغام کنیم و پیکربندی‌های آزمایشی جدیدی را ممکن می‌سازد.»

به اعتقاد گوئو الماس از نظر مکانیکی سخت، از نظر شیمیایی پایدار و گران است. به عبارت دیگر، نوعی کابوس علمی است که ساخت و ادغام آن با دیگر مواد بسیار دشوار است. در عین حال، ساختار خاص الماس آن را به میزبانی عالی برای مراکز رنگی تبدیل می‌کند که می‌توانند اطلاعات کوانتومی را برای مدت طولانی ذخیره کنند.

او گفت: «الماس معمولی به‌عنوان یک بستر بسیار سخت است. غشا‌های ما برای طیف وسیعی از آزمایش‌ها نازک‌تر و قابل دسترس‌تر هستند.»

مواد الماس جدید ساخته شده توسط محققان کیفیت بلوری و سطح بیشتری را ارائه می‌دهد و امکان کنترل بیشتر بر انسجام مراکز رنگ را فراهم می‌کند. گوئو گفت: «شما می‌توانید غشا را جدا کرده و روی طیف گسترده‌ای از بستر‌ها قرار دهید، حتی آن را روی ویفر سیلیکونی قرار دهید. این یک روش ارزان، انعطاف‌پذیر و آسان برای کار با مراکز رنگ بدون نیاز به کار مستقیم با الماس معمولی است.»

دلگان گفت: «از آنجایی که ما قادر به کنترل و حفظ خواص کوانتومی در نقص‌های منفرد در این مواد بسیار نازک هستیم، این پلت‌فرم را به‌عنوان پایه‌ای برای فناوری‌های کوانتومی امیدوارکننده می‌کند.»

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در Nano Letters منتشر شده است.