صوت‌شناسی، اسپین جدیدی را در گذارهای الکترون قرار می‌کند

صوت‌شناسی، اسپین جدیدی را در گذارهای الکترون قرار می‌کند

الکترون‌ها به میزان زیادی، تحت تاثیر میدان‌های مغناطیسی هستند، به طوری که دانشمندان با دستکاری این میدان‌ها می‌توانند الکترون‌ها و تکانه زاویه‌ای (مانند اسپین) آن‌ها را کنترل کنند.

در سال 2013  گروهی از دانشگاه کرنل به سرپرستی گرگ فوكس (Greg Fuchs) روش جدیدی را برای بکارگیری این کنترل با استفاده از امواج صوتی تولید شده توسط تشدیدگرهای مکانیکی ابداع کردند. این روش گروه را قادر ساخت تا گذارهای اسپین الکترون (که به عنوان تشدید اسپین نیز شناخته می‌شود) را کنترل کنند که در غیر اینصورت از طریق رفتار معمولی مغناطیسی امکان‌پذیر نبود.

این یافته برای تمامی کسانی که به دنبال ساخت حسگرهای کوانتومی مورد استفاده در دستگاه‌های ناوبری سیار بودند، سودمند بود. با این حال چنین دستگاه‌هایی هنوز هم به یک میدان کنترل مغناطیسی (بنابراین یک آنتن مغناطیسی بزرگ) برای هدایت گذارهای اسپینی خاص نیاز داشتند.
اکنون گروه فوكس نشان داده است که این گذارها با امواج صوتی به تنهایی، قابل هدایت هستند. این امر نیاز به آنتن مغناطیسی را از بین می‌برد و به مهندسان این امکان را می‌دهد تا حسگرهای صوتی کوچک‌تر و با کارآیی بالاتری تولید کنند که بتوانند محکم‌تر بر روی یک دستگاه قرار بگیرند.
به گفته‌ی فوکس: «برای هدایت این گذارهای اسپینی می‌توانید از یک میدان مغناطیسی استفاده کنید، اما یک میدان مغناطیسی در واقع یک جسم بسیار گسترده و بزرگ است. در مقابل، امواج صوتی بسیار محدودند. بنابراین اگر به فکر کنترل مناطق مختلفی از اسپین‌ها در داخل یک تراشه (به صورت موضعی و مستقل) هستید، انجام آن با امواج صوتی یک روش معقول است».

به منظور هدایت گذارهای اسپین الکترونی، فوكس و هويائو چن (Huiyao Chen) از مراکز نیتروژن-تهی (NV) استفاده کردند که در واقع نقص‌هایی در شبکه بلوری یک الماس هستند. تشدیدگرهای صوتی دستگاه‌های میکروالکترومکانیکی هستند که به یک مبدل مجهزند. هنگام اعمال ولتاژ، دستگاه ارتعاش می‌کند و امواج صوتی2  تا 3 گیگا هرتز را به بلور ارسال می‌کند. این فرکانس‌ها باعث ایجاد تنش و کشش در نقص می‌شوند که منجر به تشدید اسپین الکترون می‌گردند.

تنهاپیچیدگی موجود: این فرایند، میدان مغناطیسی را  نیز برانگیخته می‌کند، بنابراین محققان هرگز از اثر ارتعاشات مکانیکی در مقابل اثر نوسانات مغناطیسی کاملاً مطمئن نبوده‌اند. به همین خاطر فوكس و چن تصمیم گرفتند كه جفت‌شدگی میان امواج صوتی و انتقال اسپین را اندازه‌گیری کنند و آن را با محاسبات پیشنهادی فیزیكدانان نظری مقایسه كنند.

فوکس در این باره می‌گوید: «ما توانستیم بخش مغناطیسی و بخش صوتی را به طور جداگانه ایجاد کنیم و از این طریق، ضریب ناشناخته‌ای را مشخص نماییم. این ضریب تعیین می‌کند که چه میزانی از هر گذار کوانتومی با امواج صوتی جفت شده است. جواب بدست آمده، موجب خوشحالی ما شد که یک مرتبه‌، بزرگ‌تر از میزان پیش‌بینی شده بود. این بدان معناست که شما در واقع می‌توانید دستگاه‌های تشدید اسپین کاملاً صوتی طراحی کنید که به عنوان مثال حسگرهای میدان مغناطیسی عالی را ایجاد می‌کنند، اما برای اجرای آن‌ها به یک میدان کنترل مغناطیسی احتیاج ندارید».

فوکس برای ثبت اختراع این کشف با مرکز صدور مجوز فناوری کرنل همکاری می‌کند. این کشف می‌تواند کاربردهای مهمی در فناوری ناوبری داشته باشد.
به گفته‌ی فوکس: «تلاش قابل توجهی در سطح کشور برای ساخت حسگرهای میدان مغناطیسی پایدار در مراکز NV الماس وجود دارد. مردم در حال حاضر با استفاده از آنتن‌های مغناطیسی، این دستگاه‌ها را بر اساس تشدید مغناطیسی معمولی می‌سازند. به عقیده‌ی من کشف ما از نظر چگونگی فشرده کردن آن و توانایی ساخت حسگرهای مستقلی که دارای فواصل اندکی هستند، فواید زیادی خواهد داشت.»
منبع: phys.org
 
كلمات كليدي :
گذارهای الکترون
 
امتیاز دهی
 
 

نظر شما
نام  
پست الكترونيک
وب سایت
متنی که در تصویر می بینید عینا تایپ نمایید
نظر
login