Механическая деформация сделала алмаз идеальным кубитом
Коллектив ученых из МФТИ и исследовательского института Женгжоу (Харбинский политехнический университет, Китай) построил новый «мост» между теорией и практикой для квантовых технологий на основе алмаза. Их работа показала возможности «деформационной инженерии» для стабилизации цветных центров алмазов. Результаты этого исследования открывают перспективы для разработок квантовых устройств.
Цветные центры алмаза — это точечные дефекты в кристаллической решетке алмаза. Один атом углерода (C) замещен атомом азота (N), а на месте другого соседнего атома углерода находится вакансия (V) — область, в которой отсутствует атом. Эти дефекты называются цветными, потому что благодаря им кристалл приобретает окраску. Существуют два типа состояний NV-центров: не имеющие заряда (NV0) и отрицательно заряженные (NV–). Именно они представляют интерес для квантовых технологий, поскольку обладают спиновыми состояниями — «внутренними вращениями» электрона, которые могут показывать два положения «вверх» и «вниз» и использоваться как квантовый бит. Их возможное положение можно определять оптическими методами и контролировать при комнатной температуре.
Ранние исследования в основном ограничивались изучением настройки резонансов NV–-центров. Коллектив ученых из Китая и России впервые систематически исследовал влияние однонаправленного механического воздействия на все NV-центры, раскрывая механизмы их работы на атомном уровне. Они получили теоретические основы «деформационного инжиниринга», которые могут быть использованы при проектировании новых квантовых сенсоров. Результаты исследования опубликованы в журнале Functional Diamond.
Авторы использовали подход инженерии напряжения — деформации материала для измерения его свойств. Они создали виртуальную модель алмаза с NV-центрами и применили к ней напряжения по трем направлениям кристаллической решетки. После этого они проанализировали влияние приложенного воздействия на распределение энергетических уровней алмаза, длину связей и электронные свойства. Применение деформации вдоль двух кристаллографических направлений (основные оси кристаллической структуры) показало различные изменения ширины запрещенной зоны (зазора между энергетическим уровнаями, где нет электронов), делая материал лучшим проводником или меняя область поглощения. Также она повлияла на число энергетических уровней, на которых могут находиться электроны (плотность состояний). Все это характеризует насколько электроны «зафиксированы» в области дефекта, то есть насколько они стабильны. На основе полученных результатов ученые выявили общие закономерности без реальных экспериментов, опираясь на программный пакет VASP для симуляций.
«Мы наблюдали изменения в плотности состояний и зонной структуре алмаза, что говорило о возможности контролировать ширину запрещенной зоны алмаза, зарядовые состояния и стабильность одного из NV-состояний центра окраски. Последнее было наиболее неожиданным для нас», — поделился Михаил Шестаков, доцент Центра образовательных программ Физтех-школы аэрокосмических технологий МФТИ.
Ключевым результатом исследования стало то, что «деформационная инженерия» может помочь стабилизировать NV–-состояния центров в алмазе. Именно такие центры в условиях сильных деформаций более стабильны, чем NV0-состояния, по двум кристаллографическим направлениям. Это делает NV–-центры термодинамически предпочтительнее уже при деформации свыше двух процентов.
Кроме того, предложенный метод выявил анизотропию при механическом воздействий на цветные центры в алмазе. Это значит, что деформация по одной кристаллической оси может вызвать сужение запрещенной зоны в два раза, делая его более проводящим. А по другой оси — материал практически «игнорирует» приложенное на него воздействие.
«Наши исследования могут быть полезны при создании различных квантовых устройств. Например, эффект влияния деформации на ширину запрещенной зоны может быть использован для создания квантовых сенсоров деформации»,— отметил Михаил Шестаков.
Результаты статьи предоставляют новую теоретическую базу для использования инженерии напряжения в управлении свойствами NV-центров в алмазе.
Telegram 
Дзен 
VK Процессы, сопровождающие жизнь черных дыр, интересуют не только теоретиков. Ученые уже знают, что энергия и частицы могут покидать черные дыры и теперь работают над способами эту энергию использовать.
В ночь на 17 июля, в 01:45 по московскому времени, в Техасе должен состояться 13-й запуск мощнейшей ракеты в истории. Трансляция начнется за 30 минут до старта Starship.
Ученые подтвердили один из самых необычных эффектов Общей теории относительности (ОТО): вращение Земли действительно «увлекает» за собой пространство-время. Новое измерение, выполненное с помощью спутника LARES-2, оказалось примерно в 10 раз точнее предыдущих и еще сильнее ограничило пространство для альтернативных теорий гравитации.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно