Ученые создали алмазные часы рекордной точности

Точность, не уступающая космическим стандартам, может вскоре разместиться на кончике иглы. Ученые из США и Германии совершили прорыв в метрологии: они научились использовать микроскопические дефекты внутри кристаллической решетки алмаза для создания сверхстабильных квантовых часов.

Ученые создали алмазные часы рекордной точности

В основе технологии лежат так называемые NV-центры – «азотные вакансии». Это специфический дефект структуры, где атом азота занимает место углерода, а по соседству образуется пустота. Данная пара обладает уникальными электронными и ядерными спиновыми свойствами, которыми можно управлять с помощью лазеров и микроволн. Именно этот переход изначально рассматривался как идеальный кандидат для измерения времени в твердотельном исполнении.

Однако природа внесла свои коррективы. Оказалось, что энергетические уровни этих центров крайне нестабильны при малейшем изменении температуры. Для прибора, измеряющего наносекунды, тепловая чувствительность 25,3 ppb/mK является фатальным недостатком, превращающим часы в обычный термометр.

Исследовательская группа нашла элегантное решение этой фундаментальной проблемы. Помимо основного электронного перехода (параметра D), ядро атома азота-14 обладает собственным свойством – квадрупольным расщеплением (параметром Q). Квадруполь представляет собой сложную систему четырех зарядов, создающую асимметричное электрическое поле. Взаимодействие этого поля со спином ядра порождает частоту, которая реагирует на тепло совершенно иначе, чем электронный сигнал.

Применив магнитное поле напряженностью 475 Гаусс и метод оптической накачки, физики создали композитный частотный эталон. Они объединили два сигнала – от электронных и ядерных спинов. Результаты эксперимента превзошли ожидания: долговременный температурный дрейф сократился почти на порядок величины при интервале измерения в тысячу секунд.

Проверка стабильности длилась десять суток. При комнатной температуре новые алмазные часы продемонстрировали относительную нестабильность ниже 5×10⁻⁹ за двести секунд работы. Это в четыре раза точнее рубидиевых аналогов. На длительных дистанциях превосходство стало абсолютным: через двести тысяч секунд точность превысила показатели стандартных систем в двести раз. По словам авторов, температура перестала быть главным врагом точности. Данное достижение открывает путь к созданию миниатюрных квантовых сенсоров нового поколения.

 

Читайте также

Логические игры помогают дошкольникам развивать самоконтроль

Логические игры помогают дошкольникам развивать самоконтроль

Ученые выяснили, куда смотрят дети и взрослые при чтении

Ученые выяснили, куда смотрят дети и взрослые при чтении

Аморфный углерод вместо графита сделает аккумуляторы долговечнее

Аморфный углерод вместо графита сделает аккумуляторы долговечнее

Учёные выяснили, что географические полюса Земли неоднократно меняли своё положение

Учёные выяснили, что географические полюса Земли неоднократно меняли своё положение

Физики МГУ сократили потери света в оптических процессорах

Физики МГУ сократили потери света в оптических процессорах

Квантовая нанофотоника повысила чувствительность биомедицинских микрочипов

Квантовая нанофотоника повысила чувствительность биомедицинских микрочипов

Математики МФТИ ускорили проверку рельсов с помощью аналитических сеток

Математики МФТИ ускорили проверку рельсов с помощью аналитических сеток

Клетки крови 80-летнего превратили в нейронные стволовые клетки юноши

Клетки крови 80-летнего превратили в нейронные стволовые клетки юноши

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Наша Вселенная может находиться внутри чёрной дыры — астрономы нашли новые аргументы в пользу необычной теории

Наша Вселенная может находиться внутри чёрной дыры — астрономы нашли новые аргументы в пользу необычной теории

Учёные обнаружили два семейства планетных систем, судьбу которых определяют звёзды

Учёные обнаружили два семейства планетных систем, судьбу которых определяют звёзды

Умные очки Samsung с Gemini AI получат камеру 3K и до 9 часов автономной работы

Умные очки Samsung с Gemini AI получат камеру 3K и до 9 часов автономной работы

Астрономы обнаружили необычную органическую химию вокруг молодых звёзд — она может раскрыть тайну зарождения жизни

Астрономы обнаружили необычную органическую химию вокруг молодых звёзд — она может раскрыть тайну зарождения жизни