Los investigadores han demostrado cómo controlar el "giro electrónico" de un nanodiamante mientras se levita con láser en el vacío, un avance que podría encontrar aplicaciones en el procesamiento de información cuántica, sensores y estudios sobre la física fundamental de la mecánica cuántica.
Se puede pensar que los electrones tienen dos estados de espín distintos, "arriba" o "abajo". Los investigadores pudieron detectar y controlar la resonancia del espín de electrones, o su cambio de un estado a otro.
"Hemos mostrado cómo voltear continuamente el giro de electrones en un nanodiamante levitado en el vacío y en presencia de diferentes gases", dijo Tongcang Li, profesor asistente de física y astronomía e ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Purdue.
Los resultados se detallan en un artículo de investigación que se publicará el martes 19 de julio en la revista Comunicaciones de la naturaleza . Se demostró que la resonancia del espín electrónico difiere en presencia de gases de helio y oxígeno, lo que significa que la técnica podría usarse en un nuevo tipo de sensor para detectar y medir gases. Los sensores de gas oxígeno se usan ampliamente para controlar la concentración de oxígeno enEscape automotriz y en instrumentos médicos como monitores de anestesia y respiradores. Los sensores basados en nanodiamantes representan una mejora potencial sobre los sensores convencionales.
"Si bien se requieren estudios más detallados para comprender completamente este fenómeno, nuestra observación sugiere una posible aplicación para la detección de gases de oxígeno", dijo Li.
El documento fue escrito por el investigador asociado postdoctoral Thai Hoang; los estudiantes de doctorado Jonghoon Ahn y Jaehoon Bang; y Li.
Los nanodiamantes levitantes también podrían encontrar usos en el procesamiento de información cuántica, técnicas experimentales para sondear la física fundamental en mecánica cuántica y la medición de campos magnéticos y gravitacionales, que podrían aplicarse a la memoria de la computadora y a los experimentos para buscar desviaciones de la ley de Newton degravitación.
Levitar los nanodiamantes en el vacío permite un control preciso y una medición rigurosa de las partículas flotantes. Los nanodiamantes tienen aproximadamente 100 nanómetros de diámetro, o aproximadamente el tamaño de un virus, y contienen "centros de vacantes de nitrógeno" críticos para posibles aplicaciones prácticas.El centro de vacantes de nitrógeno es un defecto a escala atómica formado en la red de diamantes al sustituir un átomo de nitrógeno por un átomo de carbono y crear un vacío vecino en la red cristalina. Los investigadores pueden explotar esta característica para controlar el giro de los electrones.
Se usó un tipo de láser para "atrapar" y levitar la nanopartícula en una cámara de vacío, y otro para monitorear la rotación electrónica. Una antena de escala milimétrica entrega microondas para controlar y girar la rotación electrónica, y un espectrómetro detectaestos cambios en la rotación. Se necesita un vacío para reducir la interferencia de las moléculas de aire.
Las computadoras cuánticas aprovecharían los fenómenos descritos por la teoría cuántica llamada "superposición" y "enredo". Las computadoras basadas en la física cuántica podrían aumentar dramáticamente la capacidad de procesar, almacenar y transmitir información. Un objetivo a largo plazo de la investigación de Purdue esusar la técnica para probar el famoso experimento mental del gato de Schrödinger, en el que un gato puede estar vivo y muerto al mismo tiempo.
"Queremos poner un solo nanodiamante en dos ubicaciones diferentes al mismo tiempo", dijo Li.
La investigación fue apoyada por la National Science Foundation.
Un video de Youtube está disponible en http://youtu.be/0GX2z7OoIDI
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Purdue . Original escrito por Emil Venere. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :