محققان آمریکایی با استفاده از اعمال نقص ساختاری در مواد، موفق به ساخت حسگر نانومقیاسی شدند که قادر است میدان‌های مغناطیسی را با دقت بالا شناسایی کند.
ساخت حسگر مغناطیسی بسیار دقیق
محققان آمریکایی با استفاده از اعمال نقص ساختاری در مواد، موفق به ساخت حسگر نانومقیاسی شدند که قادر است میدان‌های مغناطیسی را با دقت بالا شناسایی کند.
در ساختارهای کربنی، به‌جای اتم کربن گاهی یک اتم نیتروژن می‌نشیند که این امر موجب بروز نقص ساختاری می‌شود در اثر این جایگزینی یکی از پیوندهای کربن به‌صورت گسسته باقی مانده و الکترون‌های مربوط به آن غیرپیوندی می‌شوند این الکترون را می‌توان کنترل کرد. این نقص نیتروژنی در الماس اتتفاق می‌افتد و می‌توان آن را به‌صورت مصنوعی نیز ایجاد کرد.
میدان مغناطیسی در تمام قسمت‌های بدن انسان وجود دارد که با شناساگرهای بسیار حساس می‌توان آن را شناسایی کرد از این امر می‌توان برای درمان بیماری‌های استفاده کرد. اخیرا محققان آزمایشگاه ملی برکلی با همکاری همتایان خود در دانشگاه کالیفرنیا موفق شدند حسگری در ابعاد نانومتری تولید کنند که قادر است میدان مغناطیسی را با دقت بالا شناسایی کند. نتایج این پژوهش در نشریه Nature Communications. به چاپ رسیده است.
حالت‌های اسپینی الکترونی نسبت به میدان مغناطیسی، میدان الکتریکی و نور بسیار حساس هستند. دیمتری بادکر از محققان این پروژه می‌گوید حالت‌های اسپینی مراکز نقص نیتروژنی در دماهای مختلف پایدار هستند. همچنین امکان کنترل تعداد این مراکز نقص در الماس وجود دارد این کار با تابش قابل انجام است.
چالشی که در این کار وجود دارد این است که اطلاعات موجود در اسپین مراکز نقص را بتوان نگه‌داشت. برای این کار باید پارامتری موسوم به زمان متمرکز اسپین‌های الکترون را مورد بررسی قرار داد، این زمان زمانی است که اسپین‌ها با یکدیگر برهمکنش دارند.
این گروه تحقیقاتی موفق شدند تا زمان متمرکز در اسپین الکترون‌های نقص نیتروژنی را تا یکصد برابر افزایش دهند. بار گیل از محققان این پروژه می‌گوید جالب‌ترین نکته در این پروژه برای من این است که می‌توان برهمکنش مراکز نقص با یکدیگر را تغییر داد. این موضوع به این دلیل اتفاق می‌افتد که زمان متمرکز بسیار طولانی‌تر از زمان مورد نیاز برای برهمکنش میان مراکز نقص است. با نتایج این پژوهش ما می‌توانیم از الماس برای محاسبات کوانتومی استفاده کنیم. برهمکنش مراکز نقص به‌صورت بیت‌های کوانتومی بوده که به آن کیوبیت گفته می‌شود.
این گروه تحقیقاتی موفق شدند تا زمان متمرکز در اسپین الکترون‌های نقص نیتروژنی را تا یکصد برابر افزایش دهند. بار گیل از محققان این پروژه می‌گوید جالب‌ترین نکته در این پروژه برای من این است که می‌توان برهمکنش مراکز نقص با یکدیگر را تغییر داد. این موضوع به این دلیل اتفاق می‌افتد که زمان متمرکز بسیار طولانی‌تر از زمان مورد نیاز برای برهمکنش میان مراکز نقص است. با نتایج این پژوهش ما می‌توانیم از الماس برای محاسبات کوانتومی استفاده کنیم. برهمکنش مراکز نقص به‌صورت بیت‌های کوانتومی بوده که به آن کیوبیت گفته می‌شود.
کنترل اسپین بسیار ضروری است بنابراین محققان از مکانیسم عملکرد NMR ایده گرفتند و موفق شدند تا تمرکز اسپین الکترون را با همین مکانیسم تحت کنترل در آورند. در واقع با تابش امواج ماکرویو کوتاه، اسپین‌ها شروع به تغییر حالت می‌دهند، با این کار می‌توان همگرایی را در اسپین الکترون‌ها برقرار کرد.
