Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
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 Энтомологи сравнили устойчивость коммерческих и диких гибридных медоносных пчел к главному паразиту ульев — клещу варроа. Полевые и лабораторные тесты показали, что гибриды заражаются в пять раз реже, поскольку их личинки не нравятся паразитам. Пчела-гибрид выживает без регулярных химических обработок и, что важно для пчеловодов, сохраняет миролюбивый характер.
Микробиологи вырастили неизвестный ранее вид Асгард-архей из гиперсоленых микробных матов и впервые сделали 3D-снимки их прямого физического контакта с симбиотическими бактериями. Анализ томограмм показал встречное структурное движение: археи формируют сложную сеть из нитей и отпочковывающихся мембранных пузырьков, а бактерии прокладывают к этой сети прямые белковые нанотрубки. Визуализация подтверждает гипотезу о том, что эукариотические клетки возникли в результате тесного физического и метаболического переплетения двух микроорганизмов.
Научное сообщество подходит к созданию квантовых компьютеров с разных сторон. В этой гонке технологий даже нежелательный эффект, сопровождающий еще ненайденную частицу, может стать частью вычислительной логики.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Ученые давно знают как с хорошим приближением прогнозировать рост поверхностей. Но экспериментально подтвердить точное соответствие реальных процессов и модели — гораздо более сложная задача, у которой, тем не менее, есть решение.
Энтомологи сравнили устойчивость коммерческих и диких гибридных медоносных пчел к главному паразиту ульев — клещу варроа. Полевые и лабораторные тесты показали, что гибриды заражаются в пять раз реже, поскольку их личинки не нравятся паразитам. Пчела-гибрид выживает без регулярных химических обработок и, что важно для пчеловодов, сохраняет миролюбивый характер.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
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