فیزیکدانان سیستم های کوانتومی مبتنی بر الماس را در زنجیره های نانوفوتونیک ادغام می کنند – ScienceDaily


امروزه با استفاده از فناوری های نانو مدرن امکان تولید سازه هایی با ابعاد مشخصه تنها چند نانومتر وجود دارد. این دنیای کوچکترین ذرات – که به آن سیستم های کوانتومی نیز گفته می شود – طیف گسترده ای از کاربردهای فن آوری را در مناطقی امکان پذیر می کند که شامل تشخیص میدان مغناطیسی ، پردازش اطلاعات ، ارتباطات ایمن یا نگهداری دقیق زمان است. تولید این ساختارهای کوچک میکروسکوپی تاکنون پیشرفت کرده است که اندازه آنها به کمتر از طول موج نور می رسد. به این ترتیب می توان مرزهای موجود در نوری را از بین برد و از خصوصیات کوانتومی نور استفاده کرد. به عبارت دیگر ، نانوفوتونیک رویکرد جدیدی در فناوری کوانتوم است.

همزمان با حرکت تک فوتون ها در حالت کوانتومی ، دانشمندان منابع نوری مربوطه را به عنوان گسیل کننده های کوانتومی توصیف می کنند که می توانند در سایر الماسها در نانومیا قرار گیرند. این الماسهای خاص با اندازه ذرات بسیار کمی مشخص می شوند که می توانند از چند تا چند صد نانومتر متغیر باشند. اکنون ، محققان دانشگاه مونستر برای اولین بار توانسته اند نانو الماسها را به طور کامل در زنجیره های نانوفوتونیک ادغام کنند در حالی که به چندین مورد از این نانو الماس ها می پردازند. در این فرآیند ، نور لیزر سبز به مراکز رنگی در الماس نانویی هدایت می شود و فوتون های قرمز منفرد تولید شده در آن در شبکه ای از اجزای نوری در مقیاس نانو منتشر می شوند. در نتیجه ، اکنون محققان می توانند این سیستم های کوانتومی را به صورت کاملاً یکپارچه کنترل کنند. نتایج در ژورنال منتشر شده است نامه های نانو.

زمینه و روش

پیش از این ایجاد کنترل میکروسکوپ های حجیم برای کنترل چنین سیستم های کوانتومی ضروری بود. با استفاده از فن آوری های ساخت مشابه تراشه های پردازنده رایانه ای ، می توان نور را به روشی قابل مقایسه با استفاده از راهنماهای موج (نانوالیاف) بر روی تراشه سیلیکون هدایت کرد. این راهنماهای موج نوری با ابعاد کمتر از یک میکرومتر ، توسط لیتوگرافی پرتو الکترون و تجهیزات اچ یونی واکنش پذیر در مرکز تولید نانو مونستر ساخته شده اند. دستیار کارستن شوک از انستیتوی فیزیک دانشگاه مونستر ، که با همکاری دستیار دوریس ریتر از م Instituteسسه تئوری حالت جامد ، مطالعه را رهبری می کند ، توضیح می دهد: “در اینجا ، اندازه یک طرح آزمایشی معمولی به چند صد میکرومتر مربع کاهش یافته است.” وی افزود: “این كاهش نه تنها به این معنی است كه با توجه به برنامه های آینده كه شامل تعداد زیادی سیستم كوانتومی است ، می توانیم در فضا صرفه جویی كنیم ، بلكه به ما این اجازه را می دهد تا برای اولین بار چندین سیستم كوانتومی از این دست را همزمان كنترل كنیم.” در کارهای مقدماتی قبل از مطالعه حاضر ، دانشمندان مونستر رابط های مناسبی بین زنجیرهای الماس نانو و نانوفوتون ایجاد کردند. این رابط ها در آزمایش های جدید مورد استفاده قرار گرفتند ، به طور خاص کارآیی ، انتشار دهنده های کوانتومی را به راهنماهای موج متصل می کنند. در آزمایشات خود ، فیزیکدانان از اصطلاحاً اثر Purcell استفاده کردند که باعث می شود نانوماس به جای اینکه در جهت تصادفی باشد ، فوتونهای منفرد بیشتری را به موجبرگ منتشر کند.

محققان همچنین موفق به اجرای دو سنسور میدان مغناطیسی بر اساس الماس نانودیمان یکپارچه شده بر روی یک تراشه به صورت موازی شدند. پیش از این ، این فقط به صورت جداگانه یا متوالی امکان پذیر بود. محققان برای ایجاد این امکان ، نانوماسهای یکپارچه را در معرض امواج مایکروویو قرار دادند ، بنابراین باعث تغییراتی در حالت کوانتومی (چرخشی) مراکز رنگی شدند. جهت چرخش بر روشنایی الماسهای نانو تأثیر می گذارد ، که پس از آن با استفاده از دسترسی نوری تراشه شناسایی شد. فرکانس میدان مایکروویو و در نتیجه تغییرات مشاهده شده در روشنایی به میدان مغناطیسی در محل نانودیمان بستگی دارد. فیلیپ شرینر ، نویسنده اصلی این تحقیق ، توضیح می دهد: “حساسیت زیاد به میدان مغناطیسی موضعی امکان ساخت سنسورهایی را فراهم می کند که بتوانند باکتریهای منفرد و حتی اتمهای جداگانه را تشخیص دهند.”

ابتدا محققان با استفاده از شبیه سازی های سه بعدی پیچیده ، طراحی رابط نانوفوتونیک را محاسبه کرده و بدین ترتیب هندسه های بهینه را تعیین می کنند. سپس این قطعات را در یک مدار نانوفوتون جمع و تولید می کنند. پس از یکپارچه سازی و مشخص شدن نانو الماسها با استفاده از فناوری سازگار ، تیم فیزیکدانان اندازه گیری های مکانیکی کوانتوم را با استفاده از تنظیمات سفارشی برای این منظور انجام دادند.

دوریس ریتر می گوید: “کار با سیستم های کوانتومی مبتنی بر الماس در مدارهای نانوفوتونیک امکان دستیابی به نوع جدید را فراهم می کند ، زیرا دیگر ما با تنظیمات میکروسکوپی محدود نمی شویم.” وی افزود: “با استفاده از روشی كه ما ارائه داده ایم ، در آینده می توان تعداد زیادی از این سیستم های كوانتومی را به طور همزمان روی یك تراشه مشاهده و خواند.” کار محققان شرایطی را فراهم می کند تا تحقیقات بیشتری در زمینه اپتیک کوانتوم انجام شود – تحقیقاتی که در آن می توان از نانوفوتونیک برای تغییر خصوصیات فتوفیزیکی آلاینده های الماس استفاده کرد. علاوه بر این ، برنامه های جدیدی در زمینه فن آوری های کوانتوم وجود دارد که از ویژگی های الماس نانودیمان یکپارچه استفاده می کنند – به عنوان مثال در زمینه احساس کوانتوم یا پردازش اطلاعات کوانتومی.

مراحل بعدی شامل اجرای حسگرهای کوانتومی در زمینه مغناطیس سنجی خواهد بود ، به عنوان مثال ، در تجزیه و تحلیل مواد برای اجزای نیمه هادی یا اسکن مغز ، استفاده می شود. کارستن شوک می گوید: “برای این منظور ، ما می خواهیم تعداد زیادی سنسور را روی یک تراشه ادغام کنیم ، سپس می توان آنها را به طور هم زمان خواند و نه تنها میدان مغناطیسی را در یک مکان ثبت کرد ، بلکه شیب های میدان مغناطیسی را نیز تجسم می کند.” در فضای.”

منبع تاریخچه:

مواد تهیه شده توسط دانشگاه مونستر. توجه: مطالب را می توان از نظر سبک و طول ویرایش کرد.


منبع: packge-news.ir

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>