研究人員展示了當(dāng)電子和激光懸浮在真空管中，如何控制納米金剛石的“電子自旋”，這將會有助于發(fā)現(xiàn)在量子信息處理、傳感器等方面的應(yīng)用，且有助于對量子力學(xué)的物理基礎(chǔ)研究。        電子可以被認(rèn)為有兩個(gè)不同的自旋態(tài)，“向上”或“向下”，研究人員能夠檢測和控制電子自旋共振，或者實(shí)現(xiàn)其從一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)的變化。
       “我們已經(jīng)展示了在真空中或者在有不同氣體存在下輕浮的納米金剛石，如何讓其自旋電子不斷的翻轉(zhuǎn)，”李統(tǒng)藏說，他是在普渡大學(xué)物理與天文學(xué)，電氣和計(jì)算機(jī)工程系的一名助理教授。
       研究結(jié)果發(fā)表在近期的《自然通信》雜志上，發(fā)表的這一篇研究論文中有對研究的詳細(xì)描述。電子的自旋共振在氦和氧的氣體的存在下有著不同的表現(xiàn)，這意味著該技術(shù)可以被用于在一個(gè)新的類型的傳感器，用來檢測和測量氣體。氧氣傳感器被廣泛用于監(jiān)測汽車尾氣和醫(yī)療器械中，如麻醉監(jiān)測和呼吸機(jī)氧濃度。納米傳感器相比傳統(tǒng)的傳感器具有一個(gè)潛在的改進(jìn)。
       “雖然需要更詳細(xì)的研究，以充分了解這一現(xiàn)象，但我們的觀察表明，對于氧氣的傳感來說這將會是一個(gè)潛在的應(yīng)用，”李說。
       本文作者是博士后研究員Thai Hoang；博士研究生Jonghoon Ahn和Jaehoon Bang，以及李統(tǒng)藏。
       懸浮納米鉆石發(fā)現(xiàn)也可以用在量子信息處理過程中，實(shí)驗(yàn)技術(shù)用于探討量子力學(xué)的基本物理原理，以及對磁場和重力場的測量，可以應(yīng)用于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，并利用試驗(yàn)方法搜索牛頓萬有引力定律的偏差。
       納米金剛石懸浮在真空中可以被精確的控制和并可對漂浮顆粒進(jìn)行嚴(yán)格的測量。納米金剛石的直徑約100納米，大約是一個(gè)病毒的大小，并包含“氮空位中心”，這是潛在的實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。氮空位中心是在鉆石晶格中的一個(gè)原子尺度的缺陷，氮原子取代的碳原子，并創(chuàng)造一個(gè)相鄰的晶格中的空隙。研究人員可以利用這個(gè)功能來控制電子自旋。
       一種類型的激光被用來“捕獲”并在真空室中懸浮微粒，另一個(gè)激光用來監(jiān)測電子自旋。一個(gè)毫米級的天線提供微波來控制和翻轉(zhuǎn)的電子自旋，并用光譜儀檢測這些自旋的變化。需要一個(gè)真空環(huán)境以減少空氣分子的干擾。
       量子計(jì)算機(jī)利用到被稱為“疊加”和“糾纏”的量子理論所描述的現(xiàn)象，基于量子物理的計(jì)算機(jī)可能會極大地增加對信息的處理、存儲和傳輸?shù)哪芰?。普度大學(xué)研究的長期目標(biāo)之一是利用該技術(shù)測試著名的薛定諤的貓思想實(shí)驗(yàn)，其中一只貓可能是死的和活的同時(shí)存在的情況。
       “我們想把一個(gè)單一的納米金剛石同時(shí)放在兩個(gè)不同的位置上，”李說。
       該研究得到了國家科學(xué)基金會的資助。