«Мы разработали способ увидеть определённое поведение отдельных квантовых спиновых состояний, которые в противном случае оказались неуловимыми для стандартных измерений. Это повлияет как на то, как мы проектируем квантовые системы, так и на то, как мы думаем о заряде во многих материалах», — сказал Авшалом.

Исследовательская группа выращивает алмазы слой за слоем с помощью химического осаждения из паровой фазы и может вводить всего несколько нанометров азотных легирующих добавок для создания отдельных NV-центров.

Эти одиночные спиновые дефекты высококогерентны, но их спин всё ещё чувствителен к поведению других дефектных спинов в материале. Это происходит из-за того, что независимо от того, насколько тщательно выращивается алмаз, он всегда сопровождается азотными дефектами, имеющими свой собственный спин. Это вызывает декогеренцию в системе, влияя на её полезность в качестве датчика.

Чтобы лучше понять эти одиночные электронные дефекты азота, команда использовала лазер и собственную систему для измерения NV-центра. Количество фотонов, испускаемых NV-центром, зависит от состояния спина NV-центра. Поскольку эти центры взаимодействуют с другими спинами, команда поняла, что они могут использовать NV-центр в качестве наномасштабного датчика заряда электрона близлежащего азота, который в противном случае невидим.

Этот процесс позволил им наблюдать связанную динамику спина и заряда в этом материале — вплоть до отдельных дефектов.

Группа объединила усилия с профессором Аашишем Клерком (Aashish Clerk) и профессором Джулией Галли (Giulia Galli), чьи команды предоставили теоретические и вычислительные инструменты, которые позволили исследователям лучше понять свои наблюдения.

Команда планирует использовать эти данные не только для лучшего понимания поведения систем, но и для создания более совершенных квантовых датчиков.

«Объединив эксперимент, теорию и вычисления, мы получили идеи о том, как создавать чрезвычайно чистые материалы для новых квантовых технологий и контролировать некоторые из этих источников шума», — сказала Галли.