ジャーナルPhysical Review Appliedに掲載された新しい研究によると、オーストラリアの研究者らは、普通のスーパーマーケットのブドウが磁場を増幅することによって量子センサーの性能を向上させることができることを発見した。
従来、量子センシングデバイスにはサファイアなどの材料が使用されてきました。しかし、研究者らは、水の特性により、マイクロ波エネルギーを集中させるのに優れた性能を発揮できる可能性があると提案しました。 「実際、水はマイクロ波エネルギーの集中においてサファイアよりも優れていますが、安定性が低く、その過程でより多くのエネルギーを失います。それが私たちが解決すべき主な課題です」と、量子技術の講師であるサラス・ラマン・ネール博士は述べた。マッコーリー大学および研究の共著者、 Phys.orgによると。
研究チームは、量子感度を高める小さな欠陥である窒素空孔中心が埋め込まれた特殊なナノダイヤモンドを利用した。これらの中心は小さな磁石のように動作し、磁場を検出できます。研究者らは、2 つのブドウの間に量子センサーを配置することで、磁場の強度が 2 倍になることを観察しました。 Interesting Engineering は、ブドウがその高い水分含有量と形態により、磁場を効果的に閉じ込めて強化するマイクロ波共鳴器として機能すると報告しています。
ブドウがマイクロ波で火花を発する現象は、長い間科学者だけでなく一般の人々も同様に興味をそそられてきました。研究者らは、ブドウが電子レンジ内でプラズマ（帯電粒子の輝く球）を生成する様子を映したソーシャルメディアのバイラルビデオを基に、電子レンジで加熱した際にブドウのペアがどのようにして局所的な強力な磁場ホットスポットを生成するかを調査した。 Phys.org が報告しているように、この効果により、より小型で効率的な量子センサーの作成への扉が開かれます。
ナノダイヤモンドから発せられる赤い輝きの明るさは、ブドウの周囲のマイクロ波場の強度を示しています。緑色のレーザー光をファイバーに通すと、ダイヤモンド内の原子が赤色に輝き、マイクロ波場の強さを明らかにします。このアプローチにより、量子センシング アプリケーションの進歩に不可欠な磁場の正確な測定が可能になります。
ブドウの大きさと形は実験の成功にとって重要でした。ダイヤモンド量子センサーの正しい周波数でマイクロ波エネルギーを集中させるため、長さ約 27 ミリメートルのブドウで実験が行われました。 「ブドウはその薄い皮の中に主に水を含んでおり、量子センシングで水を使用する革新的なアプローチをテストするための理想的なモデルとなった」と Interesting Engineering は報告した。
研究の筆頭著者であり、マッコーリー大学の量子材料および応用グループの責任者であるトーマス・ヴォルツ教授は、この発見について楽観的な見方を示した。 Phys.orgによると、同氏は「この研究は、量子技術向けの代替マイクロ波共振器設計を探求する新たな道を切り開き、よりコンパクトで効率的な量子センシングデバイスにつながる可能性がある」と述べた。
強化された量子センサーは、量子コンピューター、原子時計、重力波検出器などの超精密測定装置に不可欠なコンポーネントです。これらのセンサーの感度と解像度の向上により、MRI などのイメージング技術も強化されます。高度な磁気センサーは、資源検出や地球監視に使用できます。
ただし、この研究ではいくつかの課題も見つかりました。水は本質的に不安定であるため、センサーに一貫して使用するのは困難です。研究者らは、水ベースのシステムの安定性に関する懸念があり、実際の応用において課題を引き起こす可能性があると指摘した。 Phys.orgによると、Nair氏はこうした懸念を認め、「それが我々が解決すべき主な課題だ」と述べた。
現在進行中の研究は、水の特性を活用できるより安定した材料を特定し、量子センサーの性能を最適化することを目的としています。研究者らは、水に伴うエネルギー損失と不安定性の課題を克服するために、より信頼性の高い材料を探索しています。彼らは、水がサファイアよりも優れた性能を発揮する可能性があるという仮説を立てることで、この分野における材料の選択の再評価を奨励しています。
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