中國粉體網訊 研究人員展示了當電子和激光懸浮在真空管中，如何控制納米金剛石的“電子自旋”，這將會有助于發現在量子信息處理、傳感器等方面的應用，且有助于對量子力學的物理基礎研究。
電子可以被認為有兩個不同的自旋態，“向上”或“向下”，研究人員能夠檢測和控制電子自旋共振，或者實現其從一個狀態到另一個狀態的變化。
“我們已經展示了在真空中或者在有不同氣體存在下輕浮的納米金剛石，如何讓其自旋電子不斷的翻轉，”李統藏說，他是在普渡大學物理與天文學，電氣和計算機工程系的一名助理教授。
研究結果發表在近期的《自然通信》雜志上，發表的這一篇研究論文中有對研究的詳細描述。電子的自旋共振在氦和氧的氣體的存在下有著不同的表現，這意味著該技術可以被用于在一個新的類型的傳感器，用來檢測和測量氣體。氧氣傳感器被廣泛用于監測汽車尾氣和醫療器械中，如麻醉監測和呼吸機氧濃度。納米傳感器相比傳統的傳感器具有一個潛在的改進。
“雖然需要更詳細的研究，以充分了解這一現象，但我們的觀察表明，對于氧氣的傳感來說這將會是一個潛在的應用，”李說。
本文作者是博士后研究員Thai Hoang；博士研究生Jonghoon Ahn和Jaehoon Bang，以及李統藏。
懸浮納米鉆石發現也可以用在量子信息處理過程中，實驗技術用于探討量子力學的基本物理原理，以及對磁場和重力場的測量，可以應用于計算機的內存，并利用試驗方法搜索牛頓萬有引力定律的偏差。
納米金剛石懸浮在真空中可以被精確的控制和并可對漂浮顆粒進行嚴格的測量。納米金剛石的直徑約100納米，大約是一個病毒的大小，并包含“氮空位中心”，這是潛在的實際應用的關鍵。氮空位中心是在鉆石晶格中的一個原子尺度的缺陷，氮原子取代的碳原子，并創造一個相鄰的晶格中的空隙。研究人員可以利用這個功能來控制電子自旋。
一種類型的激光被用來“捕獲”并在真空室中懸浮微粒，另一個激光用來監測電子自旋。一個毫米級的天線提供微波來控制和翻轉的電子自旋，并用光譜儀檢測這些自旋的變化。需要一個真空環境以減少空氣分子的干擾。
量子計算機利用到被稱為“疊加”和“糾纏”的量子理論所描述的現象，基于量子物理的計算機可能會極大地增加對信息的處理、存儲和傳輸的能力。普度大學研究的長期目標之一是利用該技術測試著名的薛定諤的貓思想實驗，其中一只貓可能是死的和活的同時存在的情況。
“我們想把一個單一的納米金剛石同時放在兩個不同的位置上，”李說。
該研究得到了國家科學基金會的資助。
