2020年6月11日
电子在磁场的怜悯中非常非常多，科学家可以操纵来控制电子及其角动量 - 即它们的“旋转”。
由Greg Fuchs领导的康奈尔队在工程学院助理福克斯，2013年发明了一种新的方法，通过使用机械谐振器产生的声波来施加这种控制。该方法使该团队能够控制电子自旋转换（也称为旋转共振），否则通过传统磁行为是不可能的。
寻找搜索是一个福音，因为寻求构建移动导航设备中使用的排序量的量子传感器。然而，这种装置仍然需要磁控场 - 因此是一个庞大的磁天线 - 以驱动某些旋转过渡。
现在，FUCHS的小组表明，这些过渡可以仅通过声学驱动。这消除了对磁性天线的需求，使工程师能够构建更小，更高效的声学传感器，这些声学传感器可以在单个设备上更加紧密地包装。
团队的论文，“在声学驾驶钻石氮空位中心的单量子旋转过渡，”5月27日发布物理评论适用。
“您可以使用磁场来驱动这些旋转过渡，但磁场实际上是一个非常扩展的大物体”，“Fuchs说。“相比之下，声波可以非常局限于。所以如果您正在考虑控制芯片内的不同区域，本地和独立地，用声波做它是一种明智的方法。”
为了驱动电子旋转过渡，Fuchs和Huiyao Chen '20，纸张的铅作者，使用氮空位（NV）中心，这是钻石的晶格中的缺陷。声谐振器是配备有换能器的微机电系统（MEMS）器件。当施加电压时，器件振动，将2至3千兆间的声波发送到晶体中。这些频率导致缺陷中的应变和应力，从而导致电子自旋共振。
一个并发症：这个过程也激发了磁场，因此研究人员从未完全确定了机械振动对磁振荡的影响。因此，Fuchs和Chen旨在煞费苦心地测量声波和旋转过渡之间的耦合，并将其与理论物理学家提出的计算进行比较。
“我们能够单独建立磁性部分和声学部分，从而测量确定单个量子过渡耦合到声波的强度的未知系数，”Fuchs说。
“答案是我们惊讶和喜悦的答案，这是一个大于预测的数量级。这意味着您可以确定设计完全的声学自旋共振器件，例如，可以制作出色的磁场传感器，但是您不需要运行磁控场。“
Fuchs正在与康奈尔的技术许可中心合作，专利发现，这可能在导航技术中具有重要应用。
“全国范围内的重大努力使高度稳定的磁场传感器与钻石NV中心，”Fuchs说。“人们已经基于磁天线基于传统的磁共振构建这些设备。我认为我们的发现将在您可以做出紧凑的方面具有巨大的利益以及使独立传感器的紧凑功能紧凑。”
Sunil Bhave，普渡大学电气计算机工程教授，为此贡献。
该研究得到了国防高级研究项目机构和海军研究办公室的支持。
资源：https://www.cornell.edu/