همسات الكم في الألماس ⚡ экспресс
تُعتبر مجموعات اللف المغزلي أساس معايير التردد الكمومية، والتحليل الطيفي المغناطيسي، وأجهزة الاستشعار. دقتها محدودة بضوضاء الإسقاط للف المغزلي، ولكن حتى الآن في تطبيقات الحالة الصلبة، كانت ضوضاء الفوتونات الطلقية هي السائدة. تم عرض طريقة قراءة كمومية مباشرة غير مدمرة لمجموعة متوسطة الحجم من مراكز NV في الماس، والتي تتجاوز حد ضوضاء الفوتونات الطلقية وتقترب من ضوضاء الإسقاط الذاتية. وقد أتاح تثبيت اللف المغزلي النووي لذرات 14N باستخدام مجال مغناطيسي قوي والقراءة المتكررة بمساعدة النواة تقليل الضوضاء بمقدار 3.8 ديسيبل تحت مستوى ضوضاء الإسقاط الحرارية. مما أتاح الوصول المباشر إلى التقلبات الذاتية للمجموعة ومراقبة علامات حالات اللف المغزلي المترابطة. النتيجة تحول القراءة عند مستوى ضوضاء الإسقاط إلى طريقة عملية لأجهزة الاستشعار الكمومية في الحالة الصلبة، وتفتح الطريق أمام تحسين القياس الكمومي، والكشف المباشر عن الترابطات متعددة الجسيمات، والحصول على حالات لف مغزلي مضغوطة في المجموعات متوسطة الحجم في الحالة الصلبة.
لكل جسيم أولي دوران ذاتي يُسمى السبين. هذه القمم المغناطيسية الدوّارة الصغيرة تهتز باستمرار، مولدةً همساً خافتاً. لكن سماع هذا الهمس يُعيقه ضجيج الضوء المستخدم في الكواشف. لكن في الألماس الذي يحتوي على عيوب صناعية — مراكز NV المضيئة — وجد العلماء ثغرة. ذرات النيتروجين المجاورة للعيوب تعمل مثل 'مسجلات صوت' مستقرة: أنويتها تحفظ اهتزاز السبينات الإلكترونية، متجاهلةً الضجيج الضوئي.
سمحت القراءة المتكررة باستخدام التحليل الطيفي بتجميع الهمس المفيد وتقليل الضوضاء الإجمالية بمقدار 3,8 ديسيبل — مقتربةً من الحد الكمومي الأساسي. لأول مرة، ظهرت الارتباطات بين السبينات دون تشويه: كيف 'تتحدث' فيما بينها. وهذا يفتح عصر المستشعرات الكمومية ذات الحساسية غير المسبوقة. على سبيل المثال، استطاعت هذه العيوب فعلاً التقاط المجال المغناطيسي لجزيء بروتين واحد — والعمل داخل خلية حية. وفي المنظور المستقبلي — ضغط حالات السبين لإجراء قياسات أكثر دقة.
🎯 مراكز NV قادرة على التقاط المجال المغناطيسي لجزيء بروتين واحد — وتُجرى محاولات لاستخدامها كمستشعرات نانوية داخل الخلايا الحية.