ردیف کردن اسپین های هسته ای با استفاده از نور

اسپینترونیک، یکی از تکنولوژی های الکترونیکی پیشرفته ای است که برای ذخیره و پردازش اطلاعات از اسپین هسته های اتمی استفاده می کند. حالا پیشرفت مهمی دراینباره اتفاق افتاده است. بادیپ لوک همراه باشید…

کارآیی این تکنولوژی بسیار فراتر از دستگاه های مبتنی بر الکترون امروزی است، البته برای عملی کردن آن، چالش هایی وجود دارد، اما حالا محققان دانشگاه شیکاگو در موسسه ی مهندسی ملکولی (IME) گام مهمی را به سوی تکنولوژی های اسپینترونیک هسته ای برداشته اند. در واقع در این روش، دانشمندان با استفاده از ماده ای ارزان و با کارآیی بالا، از اسپین های هسته ای برای ردیف کردن خودشان به شیوه ای قابل کنترل و باثبات استفاده می کنند. ابرام فالک، نویسنده ی ارشد  این تحقیق می گوید:”نتایج ما می تواند منجر به تکنولوژی های جدیدی مانند تصویربرداری رزونانس مغناطیسی، ژیرسکوپ هسته ای و حتی کامپیوترهای کوانتومی شود.” فالک و همکارانش، تکنیک جدیدی را اختراع کردند که از نور مادون قرمز برای ردیف کردن اسپین ها استفاده می کند. آنها در این روش، سیلیکون کاربید (SiC) که یک نیمه رسانای مهم صنعتی به شمار می آید را به کار برده اند.

اگر یادتان باشد در مقاله ی قبلی در مورد یافته های جدید ساختار اسپین پروتون صحبت کردیم. اسپین های هسته ای تمایل به قرارگرفتن در آرایش های تصادفی دارند. ردیف کردن آنها در آرایشی قابل کنترل، کاری پیچیده و دشوار است. پائول کلیموف، نویسنده ی همکار این مقاله، دلیل این دشواری را ممان مغناطیسی بسیار کوچک هر هسته (تقریباً ۱۰۰۰ بار کوچکتر از ممان مغناطیسی یک الکترون) می داند. کوچکی این ممان مغناطیسی بدان معناست که حرکات کوچک گرمایی اتم های اطراف یا الکترون ها به راحتی می تواند جهت اسپین های هسته ای را تصادفی کند. برای ردیف شدن حتی تعداد بسیار اندکی از اسپین ها، شرایط آزمایشگاهی بسیار سختی، مانند میدان های مغناطیسی قوی و دماهای سرمایشی (۲۳۸- درجه ی فارنهایت و کمتر) لازم است. برای مثال در تصویربرداری روزنانس مغناطیسی (MRI)، حتی با اعمال یک میدان مغناطیسی قوی، تنها ۱ تا ۱۰ اسپین از میلیون ها اسپین هسته ای ردیف می شوند و در نتیجه در تصویر دیده می شوند.

با استفاده از تکنیک جدید، دانشمندان می توانند بیش از ۹۹% اسپین ها را در هسته های معینی از سیلیکون کاربید (SiC) ردیف کنند. نکته ی بسیار مهم دیگر وجود دارد: این تکنیک در دمای اتاق هم کار می کند، بدون آنکه نیاز به سرمایش یا میدان های مغناطیسی شدیدی باشد. در واقع در این روش، برای سرمایش هسته ها از نور استفاده می شود. اگرچه هسته ها خودشان با نور برهمکنشی ندارند، اما در کریستال های SiC، نقص ها یا مراکز رنگی به وجود می آید. در این مراکز رنگی، اسپین های الکترون به آسانی از نظر نوری سرد و ردیف می شوند و این ترتیب و آرایش آنها می تواند به هسته های کناری منتقل شود. دانشمندان برای رسیدن به درجه ی یکسانی از ردیف شدن و همترازی اسپین بدون سرمایش نوری، مجبور بودند چیپ SiC را از نظر فیزیکی تا ۵ میلیونیوم یک درجه بالای صفر مطلق (۴۵۹.۶- درجه ی فارنهایت) منجمد کنند.

در تصویر بالا، نور اسپین های هسته ای سیلیکون را در یک چیپ سیلیکون کاربید، قطبیده می کند. این تصویر در واقع اسپین هسته ای یکی از اتم های شبکه ی کریستالی کامل را نشان می دهد. ردیف کردن اسپین های سیلیسیم کاربید در دمای اتاق، گام مهمی در راستای عملی کردن دستگاه های الکترونیکی اسپینی است. این ماده در حال حاضر یک نیمه رسانای مهم در صنایع نوری-الکترونیکی است. طبق این یافته ی جدید، تکنولوژی های کوانتومی مقیاس ویفر که از اسپین های هسته ای به عنوان عناصر زیراتمی استفاده می کنند، سریع تر از چیزی که ما پیش بینی می کنیم، پدیدخواهندآمد.

منبع: phys.org

برای دریافت آخرین مقالات دیپ لوک، کافیست ایمیل خود را در فیلد زیر وارد کنید. [wysija_form id=”1″]