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钻石是物理学家最好的朋友

作为新型量子材料传感器的宝石的缺陷

对于挑剔的珠宝购物者来说,钻石中发现的缺陷通常都是不受欢迎的消息。但对一些物理学家来说,钻石的瑕疵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Chunhui Rita Du是一名凝聚态实验学家,他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、黄、蓝三色,开发出可以评估特定材料纳米级性能的传感器。

为了研究新计算和存储时代所需的材料,这种超微小尺度的精度是必需的,因为今天的设备正迅速接近其容量极限。新的量子材料是一种奇特的物质,它让科学家们能够以前所未见的规模创造出这样的新技术。

神经形态计算,能源前沿研究中心(energy Frontiers Research Center)的负责人伊万·舒勒(Ivan Schuller)说。

杜、舒勒和他们的同事发表了一项新研究,展示了钻石如何用于研究用于开发神经形态计算电路的莫特材料的纳米级特性。在最近发表于先进的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当地的温度和磁场。

“关键问题是我们能否开发出耗电更少的设备,”杜说。“有了我实验室的工具,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敏感的传感器,来测量这些新的纳米尺度材料的电学行为。我们还可以通过将金刚石传感器放置在非常接近材料的位置来测量温度,并利用金刚石晶格常数的变化来响应热变化。”

图像

信贷:杰拉尔德严

杜说,这些量子材料是高度可控的,她的钻石传感器可能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显的应用,”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——或研究化学反应的化学领域。”

令人惊讶的是,这些缺陷是物理学家最好的朋友。

论文的共同作者包括:Nathan McLaughlin, Yoav Kalcheim, Albert Suceava, Hailong Wang, Ivan K. Schuller和Chunhui Rita Du。Gerald Yan设计了配套的图片先进的量子技术封面。

研究经费由空军科研办公室(fa950s -20-1-0319)及其青年研究员计划(fa950s -21-1-0125)提供;美国国家科学基金会(ECCS-2029558和DMR-2046227);神经形态方面由量子材料能源效率神经形态计算(Q-MEEN-C)资助,该能源前沿研究中心由美国能源部科学办公室基础能源科学(DE-SC0019273)资助;YK是纳米技术与光电子学诺曼塞登奖学金的获得者。


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