Los electrones están muy a merced de los campos magnéticos, que los científicos pueden manipular para controlar los electrones y su momento angular, es decir, su "giro".
Un equipo de Cornell dirigido por Greg Fuchs, profesor asistente de física aplicada e ingeniería en la Facultad de Ingeniería, en 2013 inventó una nueva forma de ejercer este control mediante el uso de ondas acústicas generadas por resonadores mecánicos. Ese enfoque permitió al equipo controlar los electronestransiciones de espín también conocidas como resonancia de espín que de otro modo no serían posibles a través del comportamiento magnético convencional.
El hallazgo fue una bendición para cualquiera que buscara construir sensores cuánticos del tipo utilizado en dispositivos móviles de navegación. Sin embargo, tales dispositivos aún requerían un campo de control magnético, y por lo tanto una antena magnética voluminosa, para conducir ciertas transiciones de giro.
Ahora, el grupo de Fuchs ha demostrado que estas transiciones pueden ser conducidas únicamente por acústica. Esto elimina la necesidad de la antena magnética, lo que permite a los ingenieros construir sensores acústicos más pequeños y de mayor eficiencia energética que pueden empaquetarse más estrechamente en un solo dispositivo.
El documento del equipo, "Accionando acústicamente la transición de giro cuántico único de los centros de vacantes de nitrógeno de diamante", publicado el 27 de mayo en Revisión física aplicada .
"Puede usar un campo magnético para conducir estas transiciones de rotación, pero un campo magnético es en realidad un objeto grande muy extendido", dijo Fuchs. "En contraste, las ondas acústicas pueden ser muy limitadas. Entonces, si está pensando encontrolar diferentes regiones de giros dentro de su chip, local e independientemente, luego hacerlo con ondas acústicas es un enfoque sensato ".
Para conducir las transiciones de giro de electrones, Fuchs y Huiyao Chen '20, el autor principal del artículo, utilizaron centros de nitrógeno vacante NV, que son defectos en la red cristalina de un diamante. Los resonadores acústicos son sistemas microelectromecánicos Dispositivos MEMS equipados con un transductor. Cuando se aplica voltaje, el dispositivo vibra, enviando ondas acústicas de 2 a 3 gigahercios al cristal. Estas frecuencias causan tensión y tensión en el defecto, lo que resulta en la resonancia del espín electrónico.
Una complicación: este proceso también excita el campo magnético, por lo que los investigadores nunca han estado completamente seguros del efecto de las vibraciones mecánicas frente al efecto de las oscilaciones magnéticas. Entonces, Fuchs y Chen se propusieron medir minuciosamente el acoplamiento entre la acústicaondas y la transición de espín, y compárelo con los cálculos propuestos por los físicos teóricos.
"Pudimos establecer por separado la parte magnética y la parte acústica, y así medir ese coeficiente desconocido que determina qué tan fuerte se acopla la transición cuántica a las ondas acústicas", dijo Fuchs. "La respuesta fue, para nuestra sorpresa y deleite, que es un orden de magnitud mayor de lo previsto. Eso significa que de hecho puedes diseñar dispositivos de resonancia de espín totalmente acústicos que serían excelentes sensores de campo magnético, por ejemplo, pero no necesitas un campo de control magnético para ejecutarlos ".
Fuchs está trabajando con el Centro de Licencias Tecnológicas de Cornell para patentar el descubrimiento, que podría tener importantes aplicaciones en tecnología de navegación.
"Hay un esfuerzo significativo en todo el país para hacer sensores de campo magnético altamente estables con centros de diamante NV", dijo Fuchs. "La gente ya está construyendo estos dispositivos basados en resonancia magnética convencional usando antenas magnéticas. Creo que nuestro descubrimiento tendrá un beneficio enormeen términos de cuán compacto puede hacerlo y la capacidad de hacer sensores independientes que estén muy espaciados "
La investigación fue apoyada por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa y la Oficina de Investigación Naval.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Original escrito por David Nutt. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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