康奈尔大学 信用:Pixabay/CC0公共域 电子在很大程度上受磁场的支配，科学家可以操纵磁场来控制电子及其角动量
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他们的“旋转
" 2013年，由工程学院应用和工程物理学助理教授格雷格·富克斯(Greg Fuchs)领导的康奈尔团队发明了一种利用机械谐振器产生的声波进行控制的新方法
这种方法使团队能够控制电子自旋跃迁(也称为自旋共振)，否则通过传统的磁行为是不可能的
这一发现对任何想制造用于移动导航设备的量子传感器的人来说都是一个福音
然而，这种设备仍然需要一个磁控制场——因此需要一个大体积的磁天线——来驱动某些自旋跃迁
现在，富克斯的团队已经表明，这些转变可以完全由声学驱动
这消除了对磁性天线的需求，使工程师能够构建更小、更节能的声学传感器，这些传感器可以更紧密地封装在单个设备上
该小组的论文“声学驱动金刚石氮空位中心的单量子自旋跃迁”，发表在5月27日的《应用物理评论》上
“你可以用磁场来驱动这些自旋跃迁，但是磁场实际上是一个非常大的延伸物体，”富克斯说
“相比之下，声波可能非常有限
因此，如果你想控制芯片内部不同的自旋区域，局部的和独立的，那么用声波来做是一个明智的方法
" 为了驱动电子自旋跃迁，Fuchs和姚辉陈' 20，该论文的主要作者，使用了氮空位(NV)中心，这是金刚石晶格中的缺陷
声学谐振器是配备有换能器的微机电系统设备
当施加电压时，该装置振动，将2至3千兆赫的声波送入晶体
这些频率导致缺陷中的应变和应力，这导致电子自旋共振
一个复杂的问题是:这个过程也会激发磁场，所以研究人员从来没有完全确定机械振动的效果和磁振荡的效果
因此，富克斯和陈开始煞费苦心地测量声波和自旋跃迁之间的耦合，并将其与理论物理学家提出的计算进行比较
“我们能够分别建立磁性部分和声学部分，从而测量出决定单个量子跃迁与声波耦合强度的未知系数，”富克斯说
“令我们惊讶和高兴的是，答案是，它比预测的大一个数量级
这意味着，你确实可以设计出完全声学的自旋共振装置，例如，这种装置可以制造出优秀的磁场传感器，但是你不需要一个磁控制场来运行它们
" 富克斯正与康奈尔大学技术许可中心合作，为这项发现申请专利，这项发现可能在导航技术中有重要应用
“全国范围内都在努力制造具有钻石NV中心的高稳定性磁场传感器，”富克斯说
“人们已经在使用磁性天线，基于传统磁共振技术制造这些设备
我认为我们的发现将会带来巨大的好处，因为我们可以把它做得非常紧凑，并且能够制造出间隔很近的独立传感器
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