Инновационный подход к расчету потерь энергии из-за спиновых дефектов
Специалисты Чикагского университета создали новый вычислительный алгоритм, который позволяет с высокой точностью моделировать процессы потери энергии спиновыми дефектами в кристаллах при воздействии света. Этот метод дает возможность глубже понять явление внутренней конверсии — ключевой процесс восстановления дефектов в исходное состояние после возбуждения. Такие результаты имеют важное значение для развития квантовых технологий, включая создание квантовых компьютеров и сенсоров, а также могут применяться в области энергетики.
Возможности применения новейшей методики
Небольшие дефекты, существующие в таких материалах, как алмаз и карбид кремния, рассматриваются как перспективные элементы для квантовых датчиков и кубитов. Внутренняя конверсия, связанная с передачей энергии через колебания атомов вокруг дефекта, ранее была сложна для точного моделирования. Группа из Школы молекулярной инженерии имени Прицкера при Чикагском университете объединила несколько вычислительных техник, чтобы создать комплексную модель оптического поведения спиновых дефектов. Полученный метод интегрирован в программное обеспечение с открытым исходным кодом WEST, оптимизированное для работы на графических процессорах.
Итоги исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters. Проверка модели проводилась на азотно-вакансийном центре в алмазе, где вычисления подтвердились современными спектроскопическими данными. Внутренняя конверсия оказывает умеренное влияние на потери энергии триплетных состояний, однако является доминирующим механизмом для синглетных состояний азотно-вакансийного центра. В случае двойной вакансии в карбиде кремния внутренняя конверсия сильнее влияет на время жизни возбужденного триплетного состояния, чем предполагалось ранее.
Следует отметить, что новый подход требует значительных вычислительных мощностей. В связи с этим команда намерена повысить производительность расчетов, используя методы машинного обучения. Кроме того, планируется применение данной методики к спиновым дефектам в кремнии и других материалах, имеющих важное значение для энергетических приложений.
Внутренняя конверсия играет важную роль не только в поведении спиновых дефектов, но и в процессах, связанных с энергетикой.
— Джулия Галли
Создание этой новой технологии моделирования представляет собой значимый прорыв в области квантовых исследований. Это открывает перспективы для разработки более совершенных квантовых компьютеров и сенсоров, что в конечном итоге может повлиять на широкий спектр отраслей — от IT до энергетики. Использование машинного обучения для оптимизации вычислительных процессов подчеркивает быстрое внедрение современных технологий в фундаментальные исследования и способствует ускорению научного прогресса.
В то время как чикагские ученые сделали важный шаг в понимании энергетических потерь, калифорнийские физики также добились значительных успехов в области оптики. Они разработали лазерную фазовую пластину, которая значительно улучшает контрастность изображений в микроскопах. Узнайте больше о том, как эти инновации могут изменить подход к научным исследованиям, в нашей статье о новых технологиях в микроскопии.