शिकागो विश्वविद्यालय और आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं के नेतृत्व में एक नए सैद्धांतिक अध्ययन ने सूक्ष्म तंत्र की पहचान की है जिसके द्वारा हीरे की सतहें नाइट्रोजन की क्वांटम सुसंगतता को प्रभावित करती हैं {{0}रिक्तता (एनवी) केंद्र {{1}हीरे में दोष हैं जो आज के कुछ सबसे संवेदनशील क्वांटम सेंसर को रेखांकित करते हैं। अध्ययन में सामने आया हैभौतिक समीक्षा सामग्रीऔर उसे संपादकों के सुझाव पत्र के रूप में चुना गया।
यूनिवर्सिटी ऑफ शिकागो प्रिट्जकर स्कूल ऑफ मॉलिक्यूलर इंजीनियरिंग (यूशिकागो पीएमई) के प्रोफेसर और आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी के वरिष्ठ वैज्ञानिक गिउलिया गैली ने कहा, "एक लंबे समय से चली आ रही चुनौती यह समझना है कि उथले एनवी केंद्र इतनी जल्दी सामंजस्य क्यों खो देते हैं।" "क्वांटम डायनेमिक्स सिमुलेशन के साथ पहले सिद्धांत सतह मॉडल को जोड़कर, हमने समझा कि विघटन का अपराधी सिर्फ हीरे की सतह पर कौन सा स्पिन रहता है, बल्कि यह नहीं है कि वे कैसे चलते हैं: सतह का शोर गतिशील है।"
अध्ययन के निष्कर्ष इंजीनियरिंग हीरे की सतहों के लिए स्पष्ट, भौतिकी आधारित दिशानिर्देश प्रदान करते हैं जो क्वांटम सुसंगतता को संरक्षित करने में मदद करते हैं, जो क्वांटम सेंसिंग और उभरती क्वांटम सूचना प्रौद्योगिकियों के लिए एक प्रमुख आवश्यकता है।
एनवी केंद्र हीरे में परमाणु पैमाने के दोष हैं जिनकी क्वांटम स्पिन अवस्था को कमरे के तापमान पर वैकल्पिक रूप से प्रारंभ, नियंत्रित और पढ़ा जा सकता है। जब हीरे की सतह के करीब रखा जाता है, तो एनवी केंद्र अणुओं, सामग्रियों और जैविक प्रणालियों से बेहद कमजोर चुंबकीय और विद्युत संकेतों का पता लगा सकते हैं। फिर भी यह निकटता उन्हें सतह से संबंधित शोर के संपर्क में भी लाती है, जैसे कि उतार-चढ़ाव वाले पैरामैग्नेटिक दोष और चार्ज या इलेक्ट्रिक क्षेत्र शोर, जो तेजी से उनकी क्वांटम सुसंगतता को कम करता है और सेंसर के प्रदर्शन को सीमित करता है।
"साहित्य में, सतह शोर की उत्पत्ति को अक्सर 'एक्स स्पिन' या 'डार्क स्पिन' कहा जाता है, क्योंकि शोर की सटीक सूक्ष्म प्रकृति को समझा नहीं गया था, और यह ऑप्टिकली निष्क्रिय साइटों से उत्पन्न हो सकता है," यूशिकागो पीएमई पीएचडी ने कहा। उम्मीदवार जोना नागुरा, अध्ययन के प्रमुख लेखक। "हमारा शोध यह पता लगाने में मदद करता है कि सतह पर वास्तव में क्या शोर है और शोर को खत्म करने के लिए एक मार्ग निर्धारित करता है ताकि कोई अधिक उन्नत, शक्तिशाली क्वांटम सेंसर बना सके।"
इस कार्य में, शोधकर्ताओं ने प्रमुख सतह शोर तंत्र की पहचान करने और अलग करने के लिए हीरे की सतहों के घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत आधारित परमाणु मॉडल को उन्नत क्वांटम डीकोहरेंस सिमुलेशन के साथ जोड़ा।
नागुरा ने कहा, "सेंसिंग अनुप्रयोगों के लिए हीरे की सतहों की निर्माण प्रक्रिया के दौरान, अवांछित सतह दोष पैदा हो सकते हैं, जिसमें हम लटकने वाले बंधन भी कहते हैं।" "इनमें से कुछ दोष अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों, पैरामैग्नेटिक स्पिन की मेजबानी कर सकते हैं जो समय के साथ उतार-चढ़ाव करते हैं और चुंबकीय शोर उत्पन्न करते हैं जो एनवी केंद्र को परेशान करते हैं। वह शोर एनवी की सुसंगतता को कम कर सकता है और कमजोर लक्ष्य संकेतों को अस्पष्ट कर सकता है जिन्हें कोई मापना चाहता है।"
अध्ययन से पता चलता है कि जिस तरह से सतह को रासायनिक रूप से समाप्त किया जाता है, उसका एनवी सुसंगतता पर गहरा प्रभाव पड़ता है। नागुरा की गणना से पता चला है कि ऑक्सीजन - और नाइट्रोजन {{2} समाप्त सतहें काफी हद तक थोक सुसंगतता को बनाए रखती हैं, यहां तक कि सतह से केवल कुछ नैनोमीटर नीचे एनवी केंद्रों के लिए भी। इसके विपरीत, हाइड्रोजन- और फ्लोरीन{{6}समाप्त सतहें अधिक मजबूत सतह संबंधित चुंबकीय शोर उत्पन्न करती हैं, जो सुसंगतता के समय को काफी कम कर देती है।
नागुरा ने कहा, "हालांकि, समाप्ति रसायन विज्ञान और पहलू अभिविन्यास मायने रखता है, हमने पाया कि यह सतही इलेक्ट्रॉन विश्राम और हॉपिंग है जो उथले एनवी के सुसंगतता पर हावी है।"
"सतह पर मौजूद इलेक्ट्रॉन स्पिन उसी लेजर दालों के साथ बातचीत करते हैं जिनका उपयोग एनवी केंद्र में हेरफेर करने और पढ़ने के लिए किया जाता है। लेजर प्रकाश सतह चार्ज स्थिति में बदलाव ला सकता है, जिससे अयुग्मित इलेक्ट्रॉन विभिन्न परमाणु साइटों के बीच कूद सकते हैं। यह गति अलग-अलग चुंबकीय क्षेत्रों में अतिरिक्त समय उत्पन्न करती है जो बदले में अतिरिक्त शोर उत्पन्न करती है।"
प्रमुख सूक्ष्म शोर चैनलों की पहचान करके, अध्ययन क्वांटम सेंसिंग और सूचना प्रसंस्करण के लिए प्रत्यक्ष निहितार्थ के साथ, एनवी आधारित क्वांटम उपकरणों में सुधार के लिए एक रोडमैप प्रदान करता है।
नागुरा ने कहा, "एक बार जब हम सतह पर इलेक्ट्रॉन गति का हिसाब लगा लेते हैं, तो सिद्धांत और प्रयोग अंततः एक हो जाते हैं।"
