北京
從清華大學(xué)獲悉，近日，清華大學(xué)交叉信息研究院段路明院士團(tuán)隊(duì)取得重要科研進(jìn)展，首次在大規(guī)模固態(tài)自旋體系中觀測(cè)到多體動(dòng)力學(xué)凍結(jié)現(xiàn)象，相關(guān)成果5月28日在線發(fā)表于國際期刊《自然》。該研究破解了量子傳感領(lǐng)域熱化難題，為相關(guān)技術(shù)實(shí)用化掃清關(guān)鍵障礙。
熱化效應(yīng)是量子精密測(cè)量發(fā)展的核心瓶頸，量子多體系統(tǒng)易因粒子相互作用喪失有序特征，損毀測(cè)量信息，周期性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的這一問題尤為突出。此前理論界雖預(yù)言動(dòng)力學(xué)凍結(jié)可抑制熱化，但受實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)復(fù)雜度影響，該現(xiàn)象始終難以在真實(shí)體系中落地觀測(cè)。
此次研究團(tuán)隊(duì)選取金剛石內(nèi)近萬個(gè)氮—空穴色心電子自旋搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，借助激光與微波場(chǎng)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操控，成功讓自旋系綜進(jìn)入動(dòng)力學(xué)凍結(jié)狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，滿足特定參數(shù)條件時(shí)，系統(tǒng)磁化量可穩(wěn)定維持約200個(gè)驅(qū)動(dòng)周期，相干時(shí)長較以往提升一個(gè)數(shù)量級(jí)，明確了涌現(xiàn)守恒量是抑制熱化的核心機(jī)制。
金剛石自旋系綜動(dòng)力學(xué)凍結(jié)示意圖
團(tuán)隊(duì)還將該機(jī)制應(yīng)用于磁場(chǎng)測(cè)量，對(duì)比傳統(tǒng)技術(shù)方案，新方法實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)靈敏度提升約2.7倍，突破了相干時(shí)間帶來的性能局限，大幅強(qiáng)化微弱磁信號(hào)探測(cè)能力。該方案僅需全局調(diào)控，操作簡便、落地性強(qiáng)。
這項(xiàng)成果不僅揭示了全新的熱化抑制機(jī)制，也開辟出量子傳感發(fā)展新路徑。依托金剛石系綜穩(wěn)定、適配極端環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，新技術(shù)可廣泛應(yīng)用于超導(dǎo)材料檢測(cè)、活體細(xì)胞觀測(cè)等凝聚態(tài)物理、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。
圖片來源：科技日?qǐng)?bào)
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編輯：柯欣
審核：王汝霖
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