เซ็นเซอร์ควอนตัมอยู่รอดได้ด้วยความกดดันสูงเป็นประวัติการณ์

เซ็นเซอร์ควอนตัมซึ่งอาศัยข้อบกพร่องระดับจุลภาคในโครงสร้างผลึกของเพชรสามารถทำงานได้ที่ความดันสูงถึง 140 จิกะปาสคาล ตามการวิจัยของนักฟิสิกส์ในกรุงปักกิ่ง การค้นพบนี้สร้างสถิติความดันการทำงานของเซ็นเซอร์ควอนตัมตามศูนย์ที่เรียกว่าไนโตรเจนว่าง (NV) และความทนทานที่เพิ่งค้นพบอาจเป็นประโยชน์ต่อการศึกษาฟิสิกส์และธรณีฟิสิกส์ของสสารควบแน่น ศูนย์ NV เกิดขึ้นเมื่ออะตอม

ของคาร์บอน

ที่อยู่ใกล้เคียงสองอะตอมในเพชรถูกแทนที่ด้วยอะตอมของไนโตรเจนและไซต์ขัดแตะที่ว่างเปล่า พวกมันทำหน้าที่เหมือนแม่เหล็กควอนตัมขนาดเล็กที่มีการหมุนต่างกัน และเมื่อตื่นเต้นกับพัลส์เลเซอร์ สัญญาณเรืองแสงที่ปล่อยออกมาสามารถใช้เพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในคุณสมบัติ

ทางแม่เหล็กของตัวอย่างวัสดุใกล้เคียง นี่เป็นเพราะความเข้มของสัญญาณศูนย์กลาง NV ที่ปล่อยออกมาเปลี่ยนไปตามสนามแม่เหล็กเฉพาะที่ ปัญหาคือเซ็นเซอร์ดังกล่าวเปราะบางและมีแนวโน้มที่จะไม่ทำงานในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย สิ่งนี้ทำให้ยากต่อการใช้พวกมันเพื่อศึกษาภายในของโลก 

ซึ่งแรงกดดันระดับกิกะปาสกาล (GPa) เหนือกว่า หรือการตรวจสอบวัสดุอย่างเช่นตัวนำยิ่งยวดไฮไดรด์ ซึ่งถูกประดิษฐ์ขึ้นด้วยแรงกดดันที่สูงมากตรวจจับด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กในงานใหม่นี้ ทีมงานที่นำเริ่มต้นด้วยการสร้างห้องความดันสูงระดับจุลภาคที่รู้จักกันในชื่อเซลล์ทั่งเพชร วางเซ็นเซอร์ซึ่งประกอบด้วย

ไมโครไดมอนด์ที่ประกอบด้วยกลุ่มของศูนย์ NV เซ็นเซอร์ประเภทนี้ทำงานด้วยเทคนิคที่เรียกว่าเรโซแนนซ์แม่เหล็กที่ตรวจจับด้วยแสง (ODMR) ซึ่งตัวอย่างจะถูกกระตุ้นก่อนโดยใช้เลเซอร์ (ในกรณีนี้คือความยาวคลื่น 532 นาโนเมตร) จากนั้นควบคุมด้วยพัลส์คลื่นไมโครเวฟ นักวิจัยใช้พัลส์คลื่นไมโครเวฟ

โดยใช้ลวดแพลทินัมบางๆ ซึ่งทนทานต่อแรงกดดันสูง ขั้นตอนสุดท้ายคือการตรวจวัดการเรืองแสงที่ปล่อยออกมา อธิบาย “ในการทดลองของเรา ขั้นแรกเราวัดโฟโตลูมิเนสเซนซ์ของศูนย์ NV ภายใต้ความกดดันต่างๆ” “เราสังเกตการเรืองแสงที่เกือบ 100 GPa ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิดซึ่งทำให้เราทำ

การวัดค่า 

ODMR ตามมา”ศูนย์รวม NV ขนาดใหญ่ในจุดเดียวแม้ว่าผลที่ได้จะเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจ แต่ Liu ตั้งข้อสังเกตว่าโครงตาข่ายเพชรมีความเสถียรมากและไม่มีการเปลี่ยนสถานะ แม้ที่ความดัน 100 GPa (1Mbar หรือเกือบ 1 ล้านเท่าของความดันบรรยากาศโลกที่ระดับน้ำทะเล) 

และในขณะที่ความดันสูงดังกล่าวได้ปรับเปลี่ยนระดับพลังงานและคุณสมบัติทางแสงของศูนย์ NV อัตราการปรับเปลี่ยนจะช้าลงเมื่อความดันสูงขึ้น ทำให้การเรืองแสงยังคงอยู่ ถึงกระนั้น “ไม่ใช่เรื่องง่าย” ที่จะได้รับสเปกตรัม ODMR ที่แรงกดดัน “มีความท้าทายทางเทคนิคมากมายที่เราต้องเอาชนะ” เขากล่าว

“โดยเฉพาะอย่างยิ่งประการหนึ่งคือความกดดันสูงจะลดสัญญาณการเรืองแสง NV ​​และทำให้พื้นหลังเรืองแสงมากขึ้น”นักวิจัยสามารถเอาชนะปัญหาเหล่านี้ได้โดยใช้กลุ่ม NV center ขนาดใหญ่ (ประมาณ 5 × 10 5ใน หนึ่งเม็ด) และเพิ่มประสิทธิภาพการเก็บแสงของระบบการทดลองของพวกเขา 

แต่ความกังวลของพวกเขาไม่ได้จบลงเพียงแค่นั้น พวกเขายังต้องหลีกเลี่ยงการไล่ระดับความดันขนาดใหญ่เหนือเซ็นเซอร์ เนื่องจากความไม่สม่ำเสมอในการกระจายความดันจะทำให้สเปกตรัม OMDR กว้างขึ้น และทำให้คอนทราสต์ของสัญญาณลดลง“เพื่อตอบสนองความท้าทายนี้ เราเลือกโพแทสเซียม

โบรไมด์ (KBr) เป็นตัวกลางความดันและจำกัดปริมาณการตรวจจับไว้ที่ประมาณ 1 um 3 ” Liu กล่าว “เราสามารถรับ ODMR ของศูนย์ NV ที่เกือบ 140 GPa โดยใช้แนวทางนี้”แรงดันสูงสุดอาจสูงกว่านี้ เขากล่าวเสริม เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากแรงดันของระดับพลังงานในศูนย์ NV 

และเพื่อนร่วมงาน

กล่าวว่าการทดลองเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าศูนย์ NV สามารถใช้เป็น เซ็นเซอร์ควอนตัม ในแหล่งกำเนิดเพื่อศึกษาคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุที่ความดัน Mbar ตัวอย่างหนึ่งอาจเป็นการตรวจสอบ (การยกเว้นสนามแม่เหล็ก) ใน LaH 10ซึ่งเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงในทางปฏิบัติใกล้เข้ามาอีกก้าวหนึ่ง    

ที่สามารถสังเคราะห์ได้ที่ความดันสูงกว่า 160 GPa เท่านั้นขณะนี้นักวิจัยวางแผนที่จะเพิ่มประสิทธิภาพเซ็นเซอร์และกำหนดขีดจำกัดความดันสูง พวกเขายังหวังที่จะปรับปรุงความไวของสนามแม่เหล็ก (โดยการเพิ่มประสิทธิภาพการเก็บฟลูออเรสเซนซ์) และพัฒนารูปแบบการตรวจจับหลายรูปแบบ 

ตัวอย่างเช่น การวัดอุณหภูมิและสนามแม่เหล็กพร้อมกันกลายเป็นน้อยกว่าที่คาดไว้ Liu กล่าวว่า “ความท้าทายที่สำคัญในการบรรลุเป้าหมายนี้คือการสร้างแรงกดดันสูงโดยมีการไล่ระดับความดันเล็กน้อยหรือไม่มีเลย” Liu กล่าว “สิ่งนี้อาจเป็นไปได้โดยใช้ก๊าซมีตระกูลเป็นตัวกลางในการส่งแรงดัน”

พืชจะปลูกในโครงสร้างแนวตั้งโดยมีรากยื่นออกมาในเสากลาง หัวฉีดที่ด้านบนของโครงสร้างจะฉีดพ่นสารอาหารลงในคอลัมน์นี้ ทำให้รากของพืชเปียก พืชยังสามารถหายใจไนโตรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านทางรากได้เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในดิน

ข้อเสียประการหนึ่งของระบบแอโรโพนิกคืออากาศที่นิ่งอาจก่อตัวขึ้นในห้องเพาะเลี้ยง อัมมันน์เอาชนะปัญหานี้ได้ด้วยการออกแบบระบบให้ละอองที่ตกลงมาทำให้เกิดความปั่นป่วนในชั้นบรรยากาศ และใช้ท่อร่วมในการเหนี่ยวนำอากาศเพื่อสร้างโซนความกดอากาศต่ำภายในระบบที่ดึงอากาศบริสุทธิ์เข้ามา

จอห์น แบทเทิล รัฐมนตรีกระทรวงวิทยาศาสตร์แห่งสหราชอาณาจักร ได้กล่าวสุนทรพจน์ในการประชุมวิชาการประจำปีของสถาบันฟิสิกส์ในเมืองไบรตัน สหราชอาณาจักร รัฐบาลสหราชอาณาจักรให้ความสำคัญกับวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน Battle กล่าว “การทบทวนการใช้จ่ายอย่างครอบคลุมอย่างต่อเนื่องเปิดโอกาสให้เราแสดงความมุ่งมั่นของเราต่อฐานวิทยาศาสตร์” เขากล่าวเสริม 

Credit : เว็บสล็อตแท้