Một nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Viện sĩ DU Jiangfeng từ Đại học Khoa học và Công nghệ Công nghệ của Trung Quốc (USTC) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) đã đạt được bước đột phá đáng kể trong việc khám phá các tương tác spin kỳ lạ. Họ đã sử dụng thành công các cảm biến lượng tử spin trạng thái rắn dựa trên các tâm trống nitơ (NV) trong kim cương để nghiên cứu các tương tác này ở cấp độ vi mô.
Kết quả nghiên cứu của họ đã được công bố trên Tạp chí khoa học quốc gia, Physical Review Lettersvà Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia(PNAS), tương ứng. Những phát hiện đó cung cấp những hiểu biết có giá trị và những hạn chế thử nghiệm đối với những tương tác này.
Các tìm kiếm thử nghiệm về các tương tác spin kỳ lạ gây ra bởi các boson mới đã trở thành trọng tâm gần đây, vì chúng có tiềm năng giải quyết các câu hỏi cơ bản ngoài mô hình chuẩn. Bằng cách sử dụng các trung tâm NV kim cương làm cảm biến lượng tử, nhóm nghiên cứu đã chế tạo một cách sáng tạo các máy dò có độ nhạy cao có khả năng nghiên cứu các tương tác spin giữa các electron và hạt nhân. Công trình tiên phong của họ đã mở rộng phạm vi tìm kiếm thực nghiệm đến thang đo dưới micromet, cho phép đo chính xác các hiện tượng quay khác nhau.
Để nâng cao khả năng của các cảm biến, nhóm nghiên cứu đã hiện thực hóa quy trình tăng trưởng spin electron của quần thể NV kim cương chất lượng cao, nâng cấp máy dò spin đơn thành cảm biến spin quần thể. Tiến bộ này đã cải thiện đáng kể độ chính xác của việc phát hiện và thực hiện các tìm kiếm thử nghiệm về các tương tác spin kỳ lạ.
Ngoài ra, nhóm đã tận dụng lợi thế của các trung tâm NV đơn lẻ như cảm biến quy mô nguyên tử và công nghệ hệ thống vi cơ điện tử kết hợp (MEMS) với chế tạo nano dựa trên silicon. Điều này dẫn đến việc tạo ra một chip lượng tử cơ spin có khả năng mở rộng, cải thiện các ràng buộc quan sát theo hai bậc độ lớn ở khoảng cách nhỏ hơn 100 nanomet.
Những thành tựu này chứng tỏ những ưu điểm độc đáo của việc sử dụng cảm biến lượng tử spin trạng thái rắn để nghiên cứu vật lý ngoài mô hình chuẩn, có thể truyền cảm hứng cho sự quan tâm rộng rãi đến nhiều ngành khoa học cơ bản, bao gồm vũ trụ học, vật lý thiên văn và vật lý năng lượng cao.