শিকাগো ইউনিভার্সিটি এবং আর্গোন ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির গবেষকদের নেতৃত্বে একটি নতুন তাত্ত্বিক অধ্যয়ন এমন মাইক্রোস্কোপিক প্রক্রিয়া চিহ্নিত করেছে যার দ্বারা হীরার পৃষ্ঠগুলি নাইট্রোজেনের কোয়ান্টাম কোহেরেন্সকে প্রভাবিত করে-শূন্যতা (NV) কেন্দ্রের-ডিমন্ডের ত্রুটি যা আজকের সবচেয়ে সংবেদনশীল কিছুকে আন্ডারপিন করে। গবেষণায় দেখা গেছেশারীরিক পর্যালোচনা সামগ্রীএবং একটি সম্পাদকের সাজেশন পেপার হিসেবে নির্বাচিত হয়েছিল।
শিকাগো প্রিটজকার স্কুল অফ মলিকুলার ইঞ্জিনিয়ারিং বিশ্ববিদ্যালয়ের (UChicago PME) প্রফেসর এবং আর্গোন ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির সিনিয়র বিজ্ঞানী গিউলিয়া গ্যালি বলেন, "একটি দীর্ঘ-চ্যালেঞ্জ হল বুঝতে হবে কেন অগভীর NV কেন্দ্রগুলি এত দ্রুত সুসংগততা হারায়৷" "কোয়ান্টাম ডায়নামিক্স সিমুলেশনের সাথে পৃষ্ঠের মডেলগুলির প্রথম-নীতিগুলিকে একত্রিত করে, আমরা বুঝতে পেরেছি যে ডিকোহেরেন্সের অপরাধী কেবল হীরার পৃষ্ঠে কোন স্পিনগুলি বাস করে তা নয়, তবে তারা কীভাবে চলে: পৃষ্ঠের শব্দ গতিশীল।"
অধ্যয়নের ফলাফলগুলি প্রকৌশলী হীরার পৃষ্ঠের জন্য স্পষ্ট, পদার্থবিজ্ঞান ভিত্তিক নির্দেশিকা প্রদান করে যা কোয়ান্টাম সংহতি রক্ষা করতে সাহায্য করে, কোয়ান্টাম সেন্সিং এবং উদীয়মান কোয়ান্টাম তথ্য প্রযুক্তির জন্য একটি মূল প্রয়োজনীয়তা।
এনভি কেন্দ্রগুলি হীরার পারমাণবিক-স্কেল ত্রুটি যার কোয়ান্টাম স্পিন স্টেটগুলি শুরু করা যায়, নিয়ন্ত্রণ করা যায় এবং ঘরের তাপমাত্রায় অপটিক্যালি পড়া যায়। হীরার পৃষ্ঠের কাছাকাছি স্থাপন করা হলে, এনভি কেন্দ্রগুলি অণু, পদার্থ এবং জৈবিক সিস্টেম থেকে অত্যন্ত দুর্বল চৌম্বকীয় এবং বৈদ্যুতিক সংকেত সনাক্ত করতে পারে। তবুও এই নৈকট্য তাদের পৃষ্ঠের-সম্পর্কিত শব্দের সাথেও উন্মোচিত করে, যেমন ওঠানামা করা প্যারাম্যাগনেটিক ত্রুটি এবং চার্জ বা বৈদ্যুতিক-ক্ষেত্রের শব্দ, যা দ্রুত তাদের কোয়ান্টাম সংগতি হ্রাস করে এবং সেন্সর কর্মক্ষমতা সীমিত করে।
"সাহিত্যে, পৃষ্ঠের শব্দের উত্সকে প্রায়শই 'এক্স স্পিন' বা 'ডার্ক স্পিন' বলা হয়েছে, কারণ শব্দের সুনির্দিষ্ট মাইক্রোস্কোপিক প্রকৃতি বোঝা যায় নি, এবং এটি অপটিক্যালি নিষ্ক্রিয় সাইটগুলি থেকে উদ্ভূত হতে পারে," বলেছেন UChicago PME Ph.D. প্রার্থী জোনাহ নাগুরা, গবেষণার প্রধান লেখক। "আমাদের গবেষণা পৃষ্ঠে ঠিক কী গোলমাল করে তা চিহ্নিত করতে সাহায্য করে এবং গোলমাল দূর করার জন্য একটি পথ সেট করে যাতে কেউ আরও উন্নত, শক্তিশালী কোয়ান্টাম সেন্সর তৈরি করতে পারে।"
এই কাজে, গবেষকরা প্রভাবশালী সারফেস নয়েজ মেকানিজম শনাক্ত ও বিচ্ছিন্ন করার জন্য উন্নত কোয়ান্টাম ডিকোহেরেন্স সিমুলেশনের সাথে ডায়মন্ড পৃষ্ঠের ঘনত্ব কার্যকরী তত্ত্ব-ভিত্তিক পারমাণবিক মডেলগুলিকে একত্রিত করেছেন।
"অ্যাপ্লিকেশানগুলি সংবেদন করার জন্য হীরার পৃষ্ঠের তৈরির প্রক্রিয়া চলাকালীন, অবাঞ্ছিত পৃষ্ঠের ত্রুটিগুলি তৈরি হতে পারে, যার মধ্যে আমরা যাকে ঝুলন্ত বন্ধন বলি," নাগুরা বলেছিলেন। "এই ত্রুটিগুলির মধ্যে কিছু জোড়াবিহীন ইলেকট্রন, প্যারাম্যাগনেটিক স্পিনগুলি হোস্ট করতে পারে যা সময়ের সাথে ওঠানামা করে এবং চৌম্বকীয় শব্দ তৈরি করে যা এনভি কেন্দ্রকে বিঘ্নিত করে। সেই শব্দটি এনভির সংগতি হ্রাস করতে পারে এবং দুর্বল লক্ষ্য সংকেতগুলিকে অস্পষ্ট করতে পারে যা পরিমাপ করতে চায়।"
গবেষণাটি দেখায় যে যেভাবে পৃষ্ঠটি রাসায়নিকভাবে সমাপ্ত হয়, তার এনভি সংহতির উপর গভীর প্রভাব রয়েছে। নাগুরার গণনা দেখায় যে অক্সিজেন- এবং নাইট্রোজেন-সমাপ্ত পৃষ্ঠগুলি বৃহৎ পরিমাণে কাছাকাছি-বাল্ক সমন্বয় রক্ষা করে এমনকি এনভি কেন্দ্রগুলির জন্যও পৃষ্ঠের নীচে মাত্র কয়েক ন্যানোমিটার। এর বিপরীতে, হাইড্রোজেন- এবং ফ্লোরিন-সমাপ্ত পৃষ্ঠগুলি অনেক শক্তিশালী পৃষ্ঠের সাথে সম্পর্কিত চৌম্বকীয় শব্দ প্রবর্তন করে, যা সুসংগত সময়কে তীব্রভাবে ছোট করে।
"তবে, যখন পরিসমাপ্তি রসায়ন এবং দিক অভিযোজন গুরুত্বপূর্ণ, আমরা দেখতে পেয়েছি যে এটি পৃষ্ঠ-ইলেক্ট্রন শিথিলকরণ এবং হপিং যা অগভীর NV-এর সমন্বয়কে প্রাধান্য দেয়," নাগুরা বলেছেন৷
"পৃষ্ঠে উপস্থিত ইলেক্ট্রন স্পিনগুলি একই লেজারের স্পিনগুলির সাথে ইন্টারঅ্যাক্ট করে যা NV কেন্দ্রকে ম্যানিপুলেট করতে এবং পড়ার জন্য ব্যবহার করা হয়। লেজারের আলো পৃষ্ঠের চার্জ অবস্থায় পরিবর্তন আনতে পারে, যার ফলে বিভিন্ন পারমাণবিক সাইটের মধ্যে জোড়াবিহীন ইলেকট্রন চলে যায়। এই গতি অতিরিক্ত সময়-বিভিন্ন চৌম্বকীয় ক্ষেত্র তৈরি করে যা অতিরিক্ত কোন উত্পাদন করে না।"
প্রভাবশালী মাইক্রোস্কোপিক শব্দ চ্যানেলগুলি সনাক্ত করে, গবেষণাটি কোয়ান্টাম সেন্সিং এবং তথ্য প্রক্রিয়াকরণের জন্য সরাসরি প্রভাব সহ NV-ভিত্তিক কোয়ান্টাম ডিভাইসগুলিকে উন্নত করার জন্য একটি রোডম্যাপ প্রদান করে৷
"একবার আমরা পৃষ্ঠে ইলেক্ট্রন গতির জন্য হিসাব করি, তত্ত্ব এবং পরীক্ষা শেষ পর্যন্ত লাইন আপ হয়," নাগুরা বলেছিলেন।
