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【欧亿平台注册网址】膨大钻石做成传感器,放在珠宝店不好吗?

由美国能源部 (DOE) 普林斯顿等离子体物理实验室 (PPPL) 领导的科学家合作,开发下一代金刚石传感器。其功能范围从单分子磁共振成像 (MRI) ,到检测地球磁场中的轻微异常,以引导无法使用全球定位系统 (GPS) 的飞机。

新型量子传感器的合作伙伴是 PPPL 低温等离子体表面相互作用副实验室主任 David Graves,在竞争激烈的三年期、520 万美元的美国能源部奖励下,他将与合作设计师 Nathalie 密切合作。

微电子是未来技术的关键,在能源部世界一流科学家的带领下,可以帮助人们在未来实现清洁能源。

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该奖项将传统上以聚变为重点的研究实验室 PPPL 带入了量子物理学经常奇异的世界。这是实验室全新活动的开始,它将使我们成为使用等离子体制造钻石以改进传感器的领导者,这也是实验室如何在大卫格雷夫斯的领导下与普林斯顿大学和墨尔本的 Nathalie de Leon 教授和物理学家 Alastair Stacey 合作的一个了不起的例子。

金刚石传感器的制造需要合成设计师金刚石材料,该材料从金刚石开始,该种子是通过等离子体增强蒸汽的逐渐沉积而形成的。诀窍是用氮原子和空位替换生长材料的碳原子,在钻石中称为 NV 中心的组合。这种组合创建了传感器,通常称为色心,因为当光线照射到它时它会发出红色光。

材料设计需要非常小心地掺杂或注入氮原子,并在色心中创建空位。掺杂是通过微波反应器完成的,该反应器产生等离子体增强蒸汽,使钻石变大。这些反应堆在某些方面类似于家庭中使用的微波炉,但经过修改使其能够点燃等离子体。这样的反应堆非常敏感。

PPPL 合资企业将遵循澳大利亚 RMIT 的 Stacey 建议的路径,增加一次处理的色心数量将使传感器更加灵敏。通过增加中心密度来实现这一点的传统方法会在钻石中产生缺陷,从而降低色心特性,从而限制传感器的改进。为了避免这个问题,增加了一个创新的步骤,即用磷等离子体共掺杂金刚石,以在没有电干扰的情况下增加密度。

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必须仔细控制等离子体以成功地结合两种掺杂剂,这需要等离子体物理和化学方面的重大进步。研究人员将研究用于合成金刚石传感器的等离子体。等离子体是构成可见宇宙 99% 的第四种物质状态,由自由电子和原子核或离子组成。

室温等离子体

Kaganovich 和他的团队将模拟室温等离子体并执行钻石生长的量子化学计算,而 Raitses 将使用最先进的诊断方法来测量等离子体中的化学物种或物质。血浆研究将有助于指导合成条件的选择。研究的低温或冷等离子体与作为 PPPL 研究标志的百万度聚变等离子体进行了比较。

将等离子体科学与等离子体表面化学建模相结合,并进行实验以生长钻石,我们还想了解如何构建和操作等离子体反应器背后的科学,为您提供

该计划要求购买两座商业反应堆,以在 PPPL 共掺杂钻石:一座用于轻磷掺杂,另一座用于重磷掺杂。这种组合将实现一系列掺杂浓度。

开发过程将所有合作者聚集在一起。由普林斯顿大学的德莱昂领导的小组将测量,包括所谓的钻石色心的相干特性。这些特性是指色心中的电子以量子叠加方式自旋或同时上下旋转以激活传感器的时间长度。

钻石合成、等离子体建模和量子测量之间的紧密合作将使量子传感器开辟新的领域,这些研究领域通常是完全独立的研究社区,我对我们共同能够取得的成就感到兴奋。

Stacey 将领导从种子开始对金刚石晶体的掺杂特性和生长进行测量。种子是一块现有的高纯度单晶金刚石,通常只添加一点点新钻石,就像表面上的新层一样,但这个新层具有原始种子所没有的精确工程特性。

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