Чиказькі вчені створили метод для точного моделювання втрати енергії спіновими дефектами в кристалах

Новий обчислювальний метод для моделювання втрати енергії спіновими дефектами

Як повідомляє НВ — Техно: Дослідники з Чиказького університету розробили новий обчислювальний метод для точнішого моделювання втрати енергії спіновими дефектами в кристалах під дією світла. Цей метод покращує розуміння внутрішньої конверсії - механізму, який відповідає за повернення дефектів у початковий стан після збудження. Отримані результати можуть сприяти вдосконаленню матеріалів для квантових технологій, включаючи квантові комп'ютери та сенсори, а також можуть бути корисними для енергетичних технологій.

Перспективи застосування нової технології

Крихітні дефекти, що виникають в алмазі та карбіді кремнію, вважаються перспективними для створення квантових сенсорів і кубітів. Внутрішня конверсія, яка є процесом передачі енергії коливанням атомів навколо дефекту, раніше важко піддавалася точним розрахункам. Команда Школи молекулярної інженерії імені Пріцкера при Чиказькому університеті об'єднала кілька обчислювальних підходів для створення повної моделі оптичного циклу спінових дефектів. Метод інтегровано у програму з відкритим кодом WEST, оптимізовану для графічних процесорів.

Результати дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters. Підхід дослідників перевірили на азотно-вакансійному центрі в алмазі, де розрахунки підтвердилися нещодавніми спектроскопічними вимірюваннями. Внутрішня конверсія має незначний вплив на втрату енергії триплетних станів, проте є основним механізмом для синглетних станів азотно-вакансійного центру. Для подвійної вакансії в карбіді кремнію внутрішня конверсія значно сильніше впливає на час життя збудженого триплетного стану, ніж передбачали попередні моделі.

Новий метод потребує значних обчислювальних ресурсів. Команда планує підвищити ефективність розрахунків за допомогою машинного навчання. Дослідники також мають намір застосувати метод до спінових дефектів у кремнії та інших матеріалах, які є важливими для енергетичних технологій.

Внутрішня конверсія є важливою не лише для спінових дефектів, а й для процесів, пов’язаних з енергетичними технологіями.

- Джулія Галлі

Розробка нового методу моделювання втрати енергії спіновими дефектами є важливим кроком у розвитку квантових технологій. Це може відкрити нові можливості для створення більш ефективних квантових комп'ютерів і сенсорів, що, в свою чергу, може мати значний вплив на різні сфери, від інформаційних технологій до енергетики. Застосування машинного навчання для підвищення ефективності розрахунків також свідчить про інтеграцію новітніх технологій у дослідження, що може пришвидшити прогрес у цій галузі.

Нові досягнення в галузі квантових технологій не обмежуються лише дослідженнями спінових дефектів. Наприклад, фізики з Каліфорнійського університету розробили лазерну пластину, яка суттєво підвищує контрастність зображень у мікроскопії. Це відкриття може мати далекосяжні наслідки для наукових досліджень, аналогічно до нових моделей втрати енергії спіновими дефектами.