通過(guò)金剛石量子自旋傳感器探測(cè)由自旋波介導(dǎo)的熱磁振子電流。說(shuō)明：這張圖片顯示了 NV 中心、熱磁振子電流和低能自旋波（相干磁振子）之間的相互作用。圖片來(lái)源：JAIST 的 Toshu An

近來(lái)，可持續(xù)發(fā)展已成為有關(guān)環(huán)境問(wèn)題、能源危機(jī)以及信息和通信技術(shù)研究的首要指導(dǎo)原則。在這方面，自旋電子器件已成為超越傳統(tǒng)技術(shù)的有希望的候選者，傳統(tǒng)技術(shù)在小型化器件中遇到了過(guò)多廢熱產(chǎn)生的問(wèn)題。負(fù)責(zé)材料電和磁特性的電子“自旋”正被用于開(kāi)發(fā)下一代節(jié)能和微型自旋電子器件。這項(xiàng)新技術(shù)的核心是“磁振子”，即自旋激發(fā)波的量子，它們的檢測(cè)是該領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。最近，在自旋電子學(xué)領(lǐng)域，

與此同時(shí)，金剛石中的氮空位 (NV) 中心，基本上是由氮原子與相鄰晶格空位配對(duì)組成的點(diǎn)缺陷，已成為高分辨率量子傳感器的關(guān)鍵。有趣的是，最近，已經(jīng)證明 NV 中心可以檢測(cè)相干磁振子。然而，使用 NV 中心通過(guò)熱量檢測(cè)熱激發(fā)磁振子是困難的，因?yàn)闊岽耪褡泳哂斜?NV 中心的自旋態(tài)高得多的能量，從而限制了它們的相互作用。

現(xiàn)在，在《應(yīng)用物理評(píng)論》上發(fā)表的一項(xiàng)合作研究中，來(lái)自日本高級(jí)科學(xué)技術(shù)學(xué)院 (JAIST) 的副教授 Toshu An 和博士 Dwi Prananto。來(lái)自 JAIST 的研究生，以及來(lái)自日本京都大學(xué)和日本國(guó)家材料科學(xué)研究所的研究人員，通過(guò)使用基于金剛石的量子傳感器，成功地在磁性絕緣體釔鐵石榴石(YIG) 中檢測(cè)到了這些高能磁振子。 NV 中心。

為了實(shí)現(xiàn)這一壯舉，該團(tuán)隊(duì)使用相干、低能磁振子和 NV 中心之間的相互作用作為檢測(cè)熱激發(fā)磁振子的間接方法。事實(shí)證明，熱磁振子產(chǎn)生的電流通過(guò)對(duì)低能磁振子施加扭矩來(lái)改變它們，該扭矩可以被 NV 中心拾取。因此，該方法提供了一種通過(guò)觀察相干磁振子的變化來(lái)檢測(cè)熱磁振子的方法。

為了證明這一點(diǎn)，研究人員設(shè)置了一個(gè) YIG 石榴石樣品，在樣品表面的末端放置了兩個(gè)金天線，并在靠近表面的樣品中心放置了一個(gè)小型鉆石傳感器。然后，他們使用微波建立與樣品中相干磁振子相對(duì)應(yīng)的低能自旋波，并通過(guò)在樣品上產(chǎn)生溫度梯度來(lái)產(chǎn)生熱磁振子。果然，金剛石傳感器捕捉到了由感應(yīng)熱磁振子電流引起的相干磁振子的變化。

檢測(cè)具有 NV 中心的熱磁振子的能力特別有利，正如 An 博士解釋的那樣：“我們的研究提供了一種檢測(cè)熱磁振子電流的工具，該工具可以在自旋波的較寬距離范圍內(nèi)局部放置。這是不可能的使用傳統(tǒng)技術(shù)，需要相對(duì)較大的電極和與自旋波距離最近的特定配置�！�

這些發(fā)現(xiàn)不僅可以為量子傳感開(kāi)辟新的可能性，還可以為其與自旋熱電子學(xué)的整合鋪平道路。“我們的工作可以為熱源控制的 自旋電子器件奠定基礎(chǔ)，”An 博士說(shuō)。