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钻石是物理学家最好的朋友

宝石的缺陷被用作新型量子材料的传感器

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  • 马里奥·阿奎莱拉

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对于眼光敏锐的珠宝购物者来说,在钻石中发现的缺陷通常是不受欢迎的消息。但对于一些物理学家来说,钻石的缺陷提供了一个新的机会,可以推动未来设备的边界,这些设备可能成为未来计算机的支柱。

加州大学圣地亚哥分校物理系助理教授杜春晖(Chunhui Rita Du)是一位凝聚态实验学家,她的研究利用了钻石中的杂质。杜的研究小组利用钻石缺陷产生的红色、黄色和蓝色来开发传感器,可以评估纳米级的特殊材料的性能。

要研究计算和存储新时代所需的材料,需要如此微小的精度,因为当今的设备正在迅速接近其容量极限。新的量子材料是一种奇异的物质,它使科学家能够在以前从未见过的规模上创造这种新技术。

神经形态计算,它可以模仿大脑功能,用更少的能量进行信息处理,比使用二进制数字的普通计算机更快,”能源部资助的能源前沿研究中心主任伊万·舒勒说。

Du、Schuller和他们的同事发表了一项新的研究,展示了如何利用钻石来研究用于开发神经形态计算电路的Mott材料的纳米级特性。在最近发表于先进量子技术他们使用钻石中的氮杂质作为纳米级量子探针来测量局部温度和磁场。

杜教授说:“关键问题是我们能否开发出耗电量更低的设备。”“通过我实验室的工具,我们可以使用金刚石纳米结构和它们的红色中心作为非常灵敏的传感器来测量这些新型纳米材料的电学行为。我们还可以通过将金刚石传感器放置在离材料非常近的地方来测量温度,并利用金刚石晶格常数的变化来响应热变化。”

图像

资料来源:Gerald Yan

杜说,这些量子材料是高度可控的,她的钻石传感器可以成为优化其性能的重要指导工具。

“金刚石传感器在材料科学研究中有明确的应用,”杜说。“原则上,我们可以将同样的技术应用于生物学——例如,测量活细胞的温度——或化学研究化学反应。”

令人惊讶的是,缺陷是物理学家最好的朋友。

该论文的合著者包括:Nathan McLaughlin, Yoav Kalcheim, Albert Suceava, Hailong Wang, Ivan K. Schuller和Chunhui Rita Du。阎先生设计的配套形象先进量子技术封面。

该研究的资金由空军科学研究办公室(FA9550-20-1-0319)及其青年研究员计划(FA9550-21-1-0125)提供;美国国家科学基金会(ECCS-2029558和DMR-2046227);神经形态方面由能源高效神经形态计算量子材料(Q-MEEN-C)资助,这是一个由美国能源部科学办公室基础能源科学(DE-SC0019273)资助的能源前沿研究中心;YK是诺曼塞登纳米技术和光电子学奖学金的获得者。

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