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    电子非常受磁场的支配,科学家可以操纵磁场来控制电子及其角动量,即“自旋”,中国建材网,cnprofit.com
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    电子非常受磁场的支配,科学家可以操纵磁场来控制电子及其角动量,即“自旋”
    2021年04月29日    阅读量:2119    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

    电子在很大程度上受磁场的支配,科学家可以操纵磁场来控制电子及其角动量,即电子的“自旋”。


    由工程学院应用与工程物理助理教授Greg Fuchs领导的康奈尔团队于2013年发明了一种新方法,可以利用机械谐振器产生的声波来实现这种控制。


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    这种方法使团队能够控制电子自旋跃迁(也称为自旋共振),而通过传统的磁行为则无法实现中国建材网cnprofit.com


    这一发现对任何希望制造用于移动导航设备中的量子传感器的人来说都是福音。但是,此类设备仍需要磁场来控制磁场,因此也需要笨重的磁性天线来驱动某些自旋跃迁。


    现在,Fuchs的小组已经表明,这些过渡可以完全由声学驱动。这消除了对磁性天线的需求,使工程师能够构建更小,更省电的声学传感器,这些传感器可以更紧密地包装在单个设备上。


    该小组的论文“以声学方式推动金刚石氮空位中心的单量子自旋跃迁”已于5月27日在《物理评论应用》上发表。


    Fuchs说:“您可以使用磁场来驱动这些自旋跃迁,但实际上,磁场是一个非常大的物体。” “相比之下,声波可能会受到很大的限制。因此,如果您正在考虑本地且独立地控制芯片内部自旋的不同区域,那么用声波来进行是一种明智的方法。”


    为了驱动电子自旋跃迁,该论文的主要作者Fuchs和Chen Huyao Chen '20使用了氮空位(NV)中心,它们是钻石晶格中的缺陷。声谐振器是配备有换能器的微机电系统(MEMS)设备。施加电压后,设备振动,将2至3 GHz的声波发送到晶体中。这些频率在缺陷中引起应变和应力,从而导致电子自旋共振。


    一个复杂的情况是:该过程还会激发磁场,因此研究人员从未完全确定机械振动的影响与磁振动的影响。因此,Fuchs和Chen着手研究声波与自旋跃迁之间的耦合,并将其与理论物理学家提出的计算结果进行比较。


    福克斯说:“我们能够分别建立磁性部分和声学部分,从而测量该未知系数,该系数决定了单个量子跃迁与声波的耦合程度。” “答案是,令我们惊讶和高兴的是,它比预期的要大一个数量级。这意味着您确实可以设计出完全声学的自旋共振设备,例如,它可以制成出色的磁场传感器,但是您不需要磁场控制它们运行。”


    福克斯正与康奈尔大学技术许可中心合作,为这项发现申请专利,该发现可能在导航技术中具有重要的应用。


    Fuchs说:“在全国范围内,正在做出巨大的努力来制造具有钻石NV中心的高度稳定的磁场传感器。” “人们已经在使用电磁天线基于常规磁共振来构建这些设备。我认为我们的发现将在其紧凑性和制造紧密间隔的独立传感器的能力方面带来巨大的好处。”


    该研究得到了国防高级研究计划局和海军研究办公室的支持。


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