Uit interessant onderzoek blijkt dat inzichten uit gewone supermarktdruiven onderzoekers ertoe hebben aangezet de prestaties van kwantumsensoren te verbeteren.
Uit het onderzoek blijkt dat druivenparen gelokaliseerde magnetische veldhotspots voor microgolven genereren, wat de ontwikkeling van compacte en kosteneffectieve kwantumsensoren bevordert.
Het werk van het Macquarie University-team in Sydney bouwt voort op virale video’s van druiven die plasma, gloeiende geladen deeltjes, produceren in magnetrons.
“Terwijl eerdere studies keken naar de elektrische velden die het plasma-effect veroorzaken, hebben we aangetoond dat druivenparen ook magnetische velden kunnen versterken, die cruciaal zijn voor kwantumsensortoepassingen”, zegt Ali Fawaz, promovendus op het gebied van de kwantumfysica aan de Macquarie University en hoofdauteur. in een verklaring.
Verbetering van het magnetische veld
Druiven zijn een populaire vrucht met tal van gezondheidsvoordelen. Sinds in 1994 voor het eerst vonken werden waargenomen tussen twee stukjes druif in een magnetronoven, zijn ze de sleutel geworden tot het bestuderen van een intrigerend natuurkundig probleem.
Onderzoek toont aan dat druivenparen, of vergelijkbare structuren op waterbasis, fungeren als microgolfresonatoren en elektrische velden opvangen vanwege hun vorm en hoge permittiviteit. Vonken ontstaan wanneer plasma ontstaat uit metaalionen in de druiven. Volgens het team heeft het fenomeen de verkenning van technische toepassingen geïnspireerd die een sterke versterking van het microgolfveld vereisen.
Microgolfresonatoren, die worden gebruikt in technologieën zoals satellieten, masers en kwantumsystemen, beperken velden tot kleine gebieden. In kwantumtoepassingen sturen ze systemen zoals spinqubits aan via magnetische velden.
In het nieuwe werk versterken druivenparen de magnetische velden om op efficiënte wijze de spins van stikstofvacaturecentra in nanodiamanten aan te drijven, waardoor compacte kwantumtechnologieën mogelijk worden. Het Macquarie-team keek naar magnetische veldeffecten die belangrijk zijn voor kwantumtoepassingen, terwijl eerder onderzoek zich concentreerde op elektrische velden.
Het team maakte gebruik van gespecialiseerde nanodiamanten met centra voor stikstofvacatures – gebreken op atomaire schaal die functioneren als kwantumsensoren. Deze gebreken, die tot de vele gebreken behoren die diamanten hun kleur geven, hebben het vermogen magnetische velden waar te nemen en zich als kleine magneten te gedragen.
“Zuivere diamanten zijn kleurloos, maar wanneer bepaalde atomen de koolstofatomen vervangen, kunnen ze zogenaamde ‚defect‘-centra met optische eigenschappen vormen. De stikstof-vacaturecentra in de nanodiamanten die we in dit onderzoek hebben gebruikt, fungeren als kleine magneten die we kunnen gebruiken voor kwantumdetectie”, zegt Sarath Raman Nair, docent kwantumtechnologie aan de Macquarie University en co-auteur van het onderzoek, in een verklaring.
Druiven versterken sensoren
Voor de studie merkt het team op dat aan het einde van een dunne glas vezel, plaatsten ze hun kwantumsensor – een diamant met unieke atomen – tussen twee druiven. Deze atomen kunnen rood gloeien als ze groen laserlicht door de vezel laten schijnen. De schittering van de rode gloed demonstreerde de intensiteit van het microgolfveld rondom de druiven.
Onderzoekers hebben aangetoond dat het toevoegen van druiven aan magnetron opstellingen verdubbelt de sterkte van het magnetische veld. De bevindingen maken de weg vrij voor het verkennen van alternatieve microgolfresonatorontwerpen, waardoor mogelijk kleinere en efficiëntere kwantumsensorapparaten mogelijk worden.
Volgens het team waren de grootte en vorm van de druiven van cruciaal belang, waarbij experimenten gebruik maakten van druiven van ongeveer 27 millimeter lang om microgolfenergie op de juiste frequentie te concentreren voor diamantkwantumsensoren.
Traditioneel wordt saffier gebruikt quantum maar het team veronderstelde dat water beter zou kunnen presteren. Druiven, die meestal in een dunne schil met water zijn omhuld, vormden een ideaal model om deze innovatieve aanpak te testen.
“Water is eigenlijk beter dan saffier in het concentreren van microgolfenergie, maar het is ook minder stabiel en verliest daarbij meer energie. Dat is onze belangrijkste uitdaging die we moeten oplossen”, zegt Fawaz in een stelling.
De onderzoekers onderzoeken nu betrouwbaardere materialen die gebruik maken van de unieke eigenschappen van water, met als doel efficiënte detectieapparatuur te bevorderen.
De details van het team onderzoek werden gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling toegepast.
