Учёные устроили 'мини-дискотеку' с наноалмазом

Представьте себе танцпол, где главный элемент - это крохотный вращающийся алмаз, испускающий разноцветные огоньки. Да, это научное достижение приличествует фантастическим фильмам, но на самом деле, это работа физиков из Университета Пердью! Возглавляемые профессором Тонгцаном Ли, учёные заставили флуоресцентный наноалмаз подвиснуть и вращаться с невероятной скоростью, проводя самое маленькое диско-шоу в мире и открывая двери для исследований в области квантовой механики.

В своих исследованиях команда обнаружила способ удерживать алмаз в вакууме, используя специальную ионную ловушку. Оказалось, что такие алмазы могут помочь делать точные измерения и исследовать загадочную связь между квантовой механикой и гравитацией. "Представьте себе крохотные алмазы, плавающие в вакууме. Внутри этих алмазов находятся спиновые кубиты, которые позволяют нам делать точные измерения и исследовать квантовые явления," - объясняет Ли.

Секреты этого маленького диско-шоу заключены в уникальных световых свойствах алмазов и их вращении со скоростью до 1,2 миллиарда раз в минуту. Исследователи наблюдали, как вращение влияло на спиновые кубиты, вызывая характерный фазовый сдвиг Берри. Это открытие помогает лучше понять мир квантовой физики.

Для создания этих флуоресцентных наноалмазов команда использовала синтез при высоком давлении и температуре. Затем они облучали алмазы высокоэнергетическими электронами, чтобы создать цветовые центры вакансий азота, служащие хостами для электронных спиновых кубитов. Облучение зелёным лазером заставляло алмазы испускать красный свет, который использовался для считывания их спиновых состояний. Дополнительный инфракрасный лазер отслеживал вращение наноалмазов.

В исследовательскую группу входили аспиранты и постдоки из Пердью, а также эксперты из других университетов и лабораторий. Они разработали специализированную систему на основе коммерческого программного обеспечения для 3D-симуляции, создав электростатические ловушки на сапфировых подложках с помощью фотолитографии.

"Мы можем настраивать направление и скорость вращения алмазов, что позволяет контролировать их движение," - делится аспирант Кунхун Шен.

Этот эксперимент может найти применение в различных отраслях, включая сенсоры ускорения и электрических полей. Например, ВВС США уже исследуют оптически левитирующие наночастицы для решения задач навигации и связей.

Тонгцан Ли уверен: "Наши исследования в области левитирующей оптомеханики стали возможными благодаря выдающимся лабораторным условиям и опыту нашей команды. С таким арсеналом технологий и талантов мы можем делать заметные шаги в квантовых исследованиях."

Источник:
DOI: 10.1038/s41467-024-49175-3

=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!