При воздействии стресса и напряжения, материалы могут отображать широкий спектр различных свойств. С помощью звуковых волн, ученые приступили к изучению фундаментальных стрессом поведения в кристаллический материал, который может послужить основой для квантовых информационных технологий. Эти технологии включают в себя материалы, которые могут кодировать информацию в нескольких государствах одновременно, обеспечивая более эффективные вычисления.
В новое открытие ученых Департаментом по энергетике США, Аргоннской национальной лаборатории и Притцкеровской школы молекулярной инженерии (ПМЕ) в Университете Чикаго, ученые использовали рентгеновские лучи, чтобы наблюдать пространственные изменения в карбидокремниевого кристалла, когда с помощью звуковых волн деформации похоронен дефектов внутри него. Работа является продолжением ранее недавнем исследовании, в котором ученые наблюдали изменения спинового состояния электронов с дефектом когда материал был точно напряг.
Потому что эти дефекты хорошо изолирован внутри кристалла, они могут действовать как единый молекулярном состоянии и в качестве носителей квантовой информации. Когда электроны в ловушке возле дефектов меняться между спиновыми состояниями, они излучают энергию в виде фотонов. В зависимости от штата, в котором электроны находятся в, они выделяют больше или меньше фотонов в метод, известный как спин-зависимый индикация.
В ходе эксперимента исследователи попытались оценить взаимосвязь между звуковой энергии использован для того чтобы произвести напряжение на дефекты в кристаллической решетке и спиновые переходы обозначаются испущенных фотонов. В то время как дефекты в кристаллической естественно флуоресцируют, дополнительное напряжение вызывает массу спин электрона, чтобы изменить состояние, в результате последовательного манипулирования спиновым состоянием, которое может быть измерено оптически.
«Мы хотели видеть связи между звуком процедить и легкий ответ, но точно понять, в чем связь между ними, вы должны знать, сколько напряжения вы претендуете, и сколько еще оптический отклик ты выходишь», — сказал Аргон nanoscientist Мартин Холт, ведущий автор исследования.
Электроды, используемые для генерации звуковых волн примерно в пять микрон в ширину, гораздо больше, чем самих дефектов, которые состоят из двух пропавших атомов, известных как divacancy комплекса. Звуковая волна деформаций, дефектов, поочередно толкая и потянув на них, заставляя электроны меняют свои спины.
Для того, чтобы охарактеризовать и дефектов решетки, исследователи Аргоннской использовал жесткого рентгеновского нанозондов частей действовали совместно в центре лаборатории по наноматериалам и предварительный источник фотона (АПС), оба офиса Пупкин науки / удобства пользователей. Через недавно разработанный метод, называемый стробоскопический микроскопии дифракции Брэгга, Холт и его коллеги сумели изображения решетки вокруг дефектов на различных этапах цикла деформации.
«Мы заинтересованы в том, чтобы манипулировать исходное спиновое состояние с акустическими волнами, и как можно пространственно карте механику штамма с Х-лучами», — сказал ученый Аргоннской материалов и ПМЕ научный сотрудник Джозеф Heremans, другой автор исследования.
«Рентгеновские лучи точно оценить степень искажения решетки,» Холт добавил.
Стробоскопический Брэгговской дифракции необходима синхронизация частоты акустической волны с частотой импульсов электронов в накопителе АЭС. Таким образом, исследователи, по сути, способны «заморозить волны во времени», по мнению Холта. Это позволило им создать серию снимков деформации, испытываемые решетки в каждой точке на волне.
«Это как если бы у вас была рябь в пруду, и ты могла бы пролить свет на одном месте водоема», — сказал Холт. «Ты видишь движение от пика до корыта, а корыта на пик.»
«Мы напрямую визуализации звукового следа пройдя через этот кристалл,» Heremans добавил. «Звуковые волны вызывают решетки на кривой, и мы можем измерить точно, сколько решетки кривые, проходя через конкретную точку решетки в определенный момент времени».
Использование стробоскопического Брэгговской дифракции позволяет ученым определить прямую взаимосвязь между динамической деформации и квантовое поведение дефекта, сказал Холт. В карбид кремния, эти отношения довольно хорошо изучена, но в других материалах, технике могли бы раскрыть удивительные взаимоотношения деформации и другие свойства.
«Этот метод открывает путь для нас, чтобы выяснить поведение в много систем, в которых у нас пока нет хорошей аналитический прогноз о том, что отношения должны быть», — сказал Холт.
«Это исследование сочетает в себе знания от одного из ведущих образовательных учреждений с государственно-оф-искусства инструментовки Национальной лаборатории по разработке нового метода для исследования материи на атомном уровне, раскрывая способность звуковых волн для контроля полупроводниковых квантовых технологий», — добавил старший научный сотрудник Аргоннской и ПМЕ Лью семье профессора молекулярной инженерии Дэвид Awschalom, соавтора исследования.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!