С помощью одного кубита разработан новый способ измерения высокоскоростных флуктуаций в магнитных материалах
Работая в наномасштабе, группа ученых под руководством Национальной лаборатории Оук-Ридж Министерства энергетики открыла новый способ измерения высокоскоростных флуктуаций в магнитных материалах. В работе был использован специализированный инструмент, называемый сканирующим микроскопом центра азотной вакансии в Центре нанофазных материаловедения, пользовательском объекте DOE Office of Science в ORNL. Центр азотной вакансии — это дефект атомного масштаба в алмазе, где атом азота занимает место атома углерода, а соседний атом углерода отсутствует, создавая особую конфигурацию квантовых спиновых состояний. В микроскопе центра азотной вакансии дефект реагирует на статические и флуктуирующие магнитные поля, что позволяет ученым обнаруживать сигналы на одном спиновом уровне для изучения наномасштабных структур.
Рис.1. Односпиновый кубит исследует наномасштабные спиновые флуктуации, чтобы обнаружить магнитные взаимодействия в квантовых материалах. Автор: Энди Спроулз/ORNL, Министерство энергетики США
Центр азотной вакансии функционирует одновременно как квантовый бит, или кубит, и как высокочувствительный датчик, который учёные перемещают поверх тонкой пленки для измерения зависящих от температуры изменений магнитных свойств и спиновых флуктуаций. Кстати, их невозможно измерить каким-либо другим способом.
Спиновые флуктуации наблюдаются, когда магнитные свойства материала, управляемые ориентацией спина, продолжают менять направление, а не оставаться фиксированными. Учёные измеряли спиновые флуктуации, когда тонкая пленка проходила через фазовый переход между различными магнитными состояниями, который был вызван изменением температуры образца.
Рис.2. Кредит: Nano Letters (2025). DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c05401
Было показано, как локальные изменения спиновых флуктуаций связаны между собой глобально вблизи фазовых переходов. Это может привести к новым технологиям обработки информации на основе спина и более глубокому пониманию широких классов квантовых материалов. Это исследование объединяет возможности ORNL в области квантовой информации и физики конденсированных сред.
