آنتن کوانتومی چیست و چه کار می کند؟
تحولی جدید در فیزیک کوانتوم

یک گروه پژوهشی بین‌المللی از دستگاه جدیدی رونمایی کرده‌اند که می‌تواند فناوری‌های کوانتومی را به ویژه فناوری‌های مبتنی بر «مرکز نیتروژن تهی‌جای»(NV center) موجود در الماس متحول کند.

به گزارش خبرگزاری سینا، مراکز نیتروژن تهی‌جای آماده هستند تا حوزه‌هایی مانند زیست‌پزشکی را متحول سازند. آنها می‌توانند جریان‌های عصبی ظریف را در مغز و علم مواد شناسایی کنند و امکان بررسی ویژگی‌های مواد را در مقیاس اتمی فراهم آورند.

مراکز نیتروژن تهی‌جای، نقص‌هایی در مقیاس اتمی در الماس هستند که حساسیت قابل توجهی را نسبت به محیط خود دارند و همین ویژگی، آنها را به یک گزینه ایده‌آل برای بررسی دقیق میدان‌های مغناطیسی، میدان‌های الکتریکی، دما و کشش تبدیل می‌کند. با وجود این، الکترون‌ها برای نشان دادن پتانسیل کامل خود باید در این مراکز در حالت‌های کوانتومی بسیار خاص قرار بگیرند. دستیابی به این امر مستلزم یک میدان مغناطیسی به دقت مهندسی‌شده است اما طراحی‌های ناکارآمد و غیر عملی دستگاه‌های معروف به آنتن تولیدکننده میدان‌های مغناطیسی مدت‌ها مانع تحقق آن شده‌اند.

یک گروه پژوهشی بین‌المللی به سرپرستی «روبن پلیسر گوریدی»(Ruben Pellicer-Guridi) پژوهشگر «مرکز فیزیک مواد اسپانیا»(CSIC-UPV/EHU)، آنتن جدیدی را معرفی کرده‌اند که نه تنها یک میدان مغناطیسی بهینه‌سازی‌شده را برای قرار دادن الکترون‌ها در حالت‌های کوانتومی مورد نیاز تولید می‌کند، بلکه از نظر مصرف انرژی کارآمد و مقرون‌به‌صرفه است و روند ساخت آسانی دارد.

هنگامی که یک اتم نیتروژن جایگزین اتم کربن در شبکه الماس می‌شود، نقصی را در ساختار بلوری آن ایجاد می‌کند. ویژگی‌های منحصربه‌فرد این نقص از سطوح انرژی ویژه الکترون‌های مرتبط با آن ناشی می‌شوند. این حالت‌های انرژی به ویژه نسبت به تأثیرات بیرونی مانند میدان‌های مغناطیسی مایکروویو و تغییرات محیطی از جمله فشار یا میدان‌های الکتریکی نزدیک حساس هستند.

این تعامل بین حالات انرژی الکترون و محیط اطراف به ایجاد ویژگی‌های شگفت‌انگیز در مراکز نیتروژن تهی‌جای می‌شود. این نقص‌ها به طور باورنکردنی نسبت به شرایط بیرونی حساس هستند زیرا تغییرات محیطی مانند میدان‌های مغناطیسی، میدان‌های الکتریکی یا تغییرات دما، انرژی الکترون‌های موجود در این مراکز را تغییر می‌دهند، پایداری آنها را مختل می‌کنند و قابلیت‌های سنجش دقیق را ممکن می‌سازند.

این تغییرات انرژی را می‌توان با بررسی تغییرات تحت تابش لیزر در مکان‌هایی اندازه‌گیری کرد که طول موج تابش در آنها مستقیما با سطوح انرژی الکترون‌ها مرتبط است. این حساسیت، بررسی‌های بسیار دقیق را امکان‌پذیر می‌سازد و مراکز نیتروژن تهی‌جای را به گزینه‌های خوبی برای سنجش کوانتومی تبدیل می‌کند.

پژوهشگران در مقاله خود نوشتند: استحکام، دامنه دمای گسترده و نشانی‌پذیری نوری مراکز نیتروژن تهی‌جای، آنها را به گزینه‌های جذابی برای کاربردهای عملی در زمینه‌های گوناگون تبدیل می‌کند.

این پژوهش در مجله «Advanced Quantum Technologies» به چاپ رسید.

منبع: ایسنا