中国科大利用固态自旋量子传感器对新奇自旋相互作用开展实验检验
中国迷信技能年夜学中国迷信院宏观磁共振重点试验室杜江峰、荣星课题组与浙江年夜学焦曼研究员互助,哄骗固态自旋量子传感器对两种速率相干的别致自旋彼此作用正在小标准给出了当下最严酷的试验限制,该结果以“New Constraints on Exotic Spin-Spin-Velocity-Dependent Interactions with Solid-State Quantum Sensors”为题颁发正在4月30日的物理评论快报[Phys. Rev. Lett. 132, 180801 (2024)]。尺度模子是粒子物理中很是胜利的实践框架,形容了基本粒子以及四种基原形互作用。可是尺度模子仍无奈诠释以后宇宙天文学的一些重要观测事实,例如暗物资以及暗能量。是以实践学家提出,存正在超出尺度模子的新粒子,如轴子、类轴子以及Z’玻色子等。这些粒子多是咱们懂得宇宙更深档次的要害。实践指出新粒子可以作为流传子,通报尺度模子粒子之间的新彼此作用,譬如可以诱导出自旋与自旋之间速率相干的新彼此作用。今朝国际上对自旋与自旋之间速率相干的新彼此作用的试验研究比拟短缺,出格是正在力程绝对较小的规模内,试验查验险些没
中国迷信技能年夜学中国迷信院宏观磁共振重点试验室杜江峰、荣星课题组与浙江年夜学焦曼研究员互助,哄骗固态自旋量子传感器对两种速率相干的别致自旋彼此作用正在小标准给出了当下最严酷的试验限制,该结果以“New Constraints on Exotic Spin-Spin-Velocity-Dependent Interactions with Solid-State Quantum Sensors”为题颁发正在4月30日的物理评论快报[Phys. Rev. Lett. 132, 180801 (2024)]。
尺度模子是粒子物理中很是胜利的实践框架,形容了基本粒子以及四种基原形互作用。可是尺度模子仍无奈诠释以后宇宙天文学的一些重要观测事实,例如暗物资以及暗能量。是以实践学家提出,存正在超出尺度模子的新粒子,如轴子、类轴子以及Z’玻色子等。这些粒子多是咱们懂得宇宙更深档次的要害。实践指出新粒子可以作为流传子,通报尺度模子粒子之间的新彼此作用,譬如可以诱导出自旋与自旋之间速率相干的新彼此作用。今朝国际上对自旋与自旋之间速率相干的新彼此作用的试验研究比拟短缺,出格是正在力程绝对较小的规模内,试验查验险些不。这是由于小力程试验征采的应战正在于需求正在微米标准同时完成相关调控自旋量子态、高精度磁探测和空间位置紧密调制。
针对这一应战,研究团队精心设计了拆卸有两块金刚石的试验安装。每一块金刚石名义都经由过程化学气相沉积法制备了高质量的氮-空位(NV)系综(如图a)。此中一块NV系综中的电子自旋作为自旋传感器,而另外一块则作为自旋源。团队经由过程相关操控两块金刚石NV系综的自旋量子态及其绝对速率,从而正在微米标准征采了电子自旋之间速率相干的新彼此作用效应。起首哄骗自旋传感器表征其与自旋源之间的磁偶极彼此作用作为标尺,然后经由过程调制自旋源振动,并举行锁相探测以及相位正交阐发来丈量速率相干的自旋-自旋新彼此作用。关于两种新彼此作用,该团队划分正在小于1厘米以及小于1公里的力程规模内完成了国际上初次试验探测(如图b,c),猎取了可贵的试验征采数据。
审稿人对该事情做出了高度评估:“The results bring new insights to the quantum sensing co妹妹unity to explore fundamental interactions exploiting the compact, flexible, and sensitive features of solid-state spins.”(该试验哄骗紧凑、矫捷以及活络的固态自旋系统摸索基原形互作用,为量子传感范畴带来了新的见解。)
图:试验安装以及试验成果。(a)两块制备有高质量NV系综的金刚石被用于开展自旋-自旋速率相干彼此作用征采。(b,c)对两种自旋-自旋速率相干的彼此作用的试验观测约束。
中国迷信院宏观磁共振重点试验室研究生黄越以及梁航为该文配合第一作者,杜江峰院士、荣星传授、焦曼研究员为该文的配合通信作者。该研究获得了国度天然迷信基金委、科技部、中国迷信院等赞助。
论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.180801