Ερευνητές από τις ΗΠΑ και τη Γερμανία ανέπτυξαν μια μέθοδο για τη δραστική μείωση της ευαισθησίας στη θερμοκρασία στα ρολόγια στερεάς κατάστασης που βασίζονται σε διαμάντια. Η νέα τεχνική επιτρέπει τη δημιουργία πιο σταθερών, συμπαγών και ανθεκτικών συστημάτων χρονομέτρησης.
Η πρόκληση των πλεγματικών ατελειών
Τα ρολόγια διαμαντιού αξιοποιούν κέντρα αζώτου-κενής θέσης, όπου ένα άτομο αζώτου αντικαθιστά ένα άτομο άνθρακα δίπλα σε μια κενή θέση του πλέγματος. Αν και αυτά τα συστήματα προσφέρουν πλεονεκτήματα έναντι των παραδοσιακών ατομικών ρολογιών – καθώς δεν απαιτούν παγίδες λέιζερ ή κυψέλες αερίου – η ηλεκτρονική ενεργειακή διασπορά παρουσιάζει μεγάλη ευαισθησία στις θερμοκρασιακές μεταβολές, καθιστώντας τα ασταθή.
Συνδυαστική μέτρηση για θερμική σταθερότητα
Για την αντιμετώπιση του προβλήματος, η ερευνητική ομάδα συνδύασε δύο διαφορετικές μετρήσεις: την ηλεκτρονική διασπορά μηδενικού πεδίου και την πυρηνική τετραπολική διασπορά του πυρήνα του αζώτου. Με τη χρήση μαγνητικού πεδίου, οπτικής αντλίας λέιζερ και τεχνικών ανάγνωσης φθορισμού για τον χειρισμό των καταστάσεων spin, ο συνδυασμός των δύο αποκρίσεων επέτρεψε την ακύρωση της θερμικής εξάρτησης.
Αποτελέσματα και προοπτικές
Η μακροπρόθεσμη θερμοκρασιακή διολίσθηση μειώθηκε κατά περίπου μία τάξη μεγέθους σε θερμοκρασία δωματίου. Κατά τη διάρκεια δοκιμών δέκα ημερών με σημείο αναφοράς ένα ρολόι ατμών ρουβιδίου, το ρολόι διαμαντιού πέτυχε σημαντική βελτίωση στη σταθερότητα της συχνότητας.
Οι επιδόσεις αυτές αποδεικνύουν ότι η θερμοκρασία δεν αποτελεί πλέον την κύρια πηγή αστάθειας. Η εξέλιξη αυτή ανοίγει τον δρόμο για φορητές συσκευές χρονομέτρησης και πολυλειτουργικούς κβαντικούς αισθητήρες.