Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Applied, показывает, что пары виноградин могут создавать сильные локализованные очаги магнитного поля микроволн, которые используются в квантовых датчиках, что может помочь в разработке более компактных и экономически эффективных квантовых устройств, сообщает научное издание EurekAlert!.
«В то время как предыдущие работы рассматривали электрические поля, вызывающие эффект плазмы, мы показали, что виноградные пары могут также усиливать магнитные поля, которые имеют решающее значение для приложений квантового зондирования», — говорит ведущий автор работы Али Фаваз, кандидат наук по квантовой физике в Университете Маккуори.
Исследование основано на вирусных видеороликах в социальных сетях, демонстрирующих, как виноград создает плазму — светящиеся шарики электрически заряженных частиц — в микроволновых печах. В то время как предыдущие исследования были посвящены электрическим полям, команда Маккуори изучила эффекты магнитного поля, имеющие решающее значение для квантовых приложений.
Ученые использовали специализированные наноалмазы, содержащие центры азотной вакансии — дефекты атомного масштаба, которые действуют как квантовые датчики. Эти дефекты (один из многих дефектов, придающих бриллиантам цвет) ведут себя как крошечные магниты и могут обнаруживать магнитные поля.
«Чистые алмазы бесцветны, но когда определенные атомы заменяют атомы углерода, они могут образовывать так называемые "дефектные" центры с оптическими свойствами», — говорит соавтор исследования доктор Сарат Раман Наир, преподаватель квантовых технологий.
«Центры азотной вакансии в наноалмазах, которые мы использовали в этом исследовании, действуют как крошечные магниты, которые мы можем использовать для квантового зондирования», — говорит он. Команда поместила свой квантовый датчик — алмаз, содержащий особые атомы, — на кончик тонкого стеклянного волокна и расположила его между двумя виноградинами. Пропустив через волокно зеленый лазерный свет, ученые заставили атомы светиться красным. По яркости красного свечения можно судить о силе микроволнового поля вокруг виноградин.
«Используя эту технику, мы обнаружили, что магнитное поле микроволнового излучения становится в два раза сильнее, когда мы добавляем виноград», — говорит Фаваз. Полученные результаты открывают захватывающие возможности для миниатюризации квантовых технологий.
Это исследование открывает еще один путь для изучения альтернативных конструкций микроволновых резонаторов для квантовых технологий, что потенциально может привести к созданию более компактных и эффективных устройств квантового зондирования.
Размер и форма виноградин оказались решающими для успеха эксперимента. В работе команды использовались виноградины точного размера — каждая длиной около 27 миллиметров — для концентрации микроволновой энергии на частоте, приблизительно соответствующей частоте алмазного квантового датчика.
В устройствах квантового зондирования для этих целей традиционно используется сапфир. Однако команда Маккуори предположила, что вода может работать еще лучше. Поэтому виноград, который в основном состоит из воды, заключенной в тонкую оболочку, идеально подошел для проверки теории.
«Вода действительно лучше, чем сапфир, концентрирует микроволновую энергию, но она также менее стабильна и теряет больше энергии в процессе», — говорит Фаваз. Не ограничиваясь виноградом, исследователи сейчас разрабатывают более надежные материалы, которые могли бы использовать уникальные свойства воды, приближая нас к более эффективным сенсорным устройствам.
