(Phys.org)—Een team van onderzoekers met leden uit Nederland, Australië, en het VK heeft een nieuwe manier ontwikkeld om een ​​extreem gevoelige magnetische sensor te bouwen. Zoals ze beschrijven in hun paper gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie , hun sensoren zijn gebaseerd op detectie met een enkele elektronspin met behulp van realtime adaptieve metingen.

Het werk van het team markeert de ontwikkeling van de eerste kwantumsensor die is gebaseerd op de spin van een enkel elektron, die in dit geval zat gevangen in een diamant-stikstof-vacaturecentrum. Het is zo gevoelig dat het in staat is om de sterkte van een magnetisch veld te meten tot aan de grenzen van die beschreven door de kwantumfysica.

Het probleem met het proberen om de spin van een elektron als sensor te gebruiken, natuurlijk, is dat het gemeten moet worden, waardoor de kwantumtoestand wordt beïnvloed. Om dit probleem te omzeilen, gebruikten de onderzoekers een atomair defect in diamant die in een extreem koude omgeving werd bewaard - de spin in zijn defect (stikstof-leegstand) is niet erg gevoelig voor omgevingsgeluid omdat hij geen netto nucleaire spin heeft. De sensor werkt door meerdere metingen te doen terwijl het elektron wordt blootgesteld aan het magnetische veld, op het spindefect, optimale instellingen gebruiken op basis van eerdere metingen en vervolgens de instellingen aanpassen die volgen na het gebruik van Bayesiaanse statistieken - het is gebaseerd op Zeeman-interacties, de onderzoeken leggen uit - wat er gebeurt als een elektron in een magnetisch veld beweegt. De eigenlijke metingen worden gedaan door de spin te onderwerpen aan microgolfstraling, vervolgens prikkelen met een laser en vervolgens meten van de fluorescerende signalen die worden geproduceerd. De gegevens worden vervolgens verwerkt (op een kant-en-klare microprocessor die ze voor hun doeleinden hebben geprogrammeerd) en de resultaten worden gebruikt om de instellingen voor de volgende meting in te stellen, enzovoort.

Het resultaat is een sensor die 100 keer nauwkeuriger is dan eerdere sensoren, hoewel het team erkent dat om het nuttig te maken, ze zullen een manier moeten vinden om het bruikbaar te maken bij kamertemperatuur. Als ze dat kunnen, de sensor zou mogelijk kunnen worden gebruikt om de samenstelling van individuele moleculen in beeld te brengen, of misschien als een methode om qubits op te slaan in een kwantumcomputer.

© 2015 Fys.org