Diamond quantum nano-engineering




Controllo quantistico ottimale per il sensing ultrapreciso di campi magnetici alle nanoscale [Physical Review X, 8, 021059 (2018)].





Spin in diamante consentono di testare le relazioni di fluttuazione quantistiche che descrivono processi termodinamici in dispositivi nanoscopici [Physical Review Research 2, 023327 (2020)].



Descrizione

Studiamo la dinamica quantistica di singoli spin nello stato solido, sia per esplorare fenomeni fondamentali di fisica quantistica sia per realizzare tecnologie quantistiche di nuova generazione. Combinando tecniche ottiche e di risonanza magnetica, investighiamo e controlliamo la dinamica dello spin associate a singoli difetti (“centri di colore”) in diamante, e manipoliamo la loro interazione il loro intorno magnetico. Gli obiettivi tecnologici di questi studi spaziano dalla realizzazione di sensori nanometrici, reti quantistiche e simulatori.
L’attività sperimentale si concentra in primo luogo sullo sviluppo di protocolli di controllo dello spin per il sensing e la spettroscopia di precisione di campi magnetici [Physical Review X, 8, 021059 (2018), Physical Review B 98, 214307 (2018)] da utilizzare per l’indagine di sistemi nanomagnetici, per lo sviluppo di materiali magnetici innovativi e per l’imaging biomedico (Fig. 1). L’interazione dello spin elettronico con spin nucleari vicini (azoto e carbonio) è fondamentale inoltre per la realizzazione di registri quantistici con alta fidelity. Inoltre, singoli spin e sistemi di spin in diamante possono essere usati per esplorare problemi di fisica fondamentale. In particolare, siamo interessati all’uso di spin in diamante per l’indagine sperimentale dei meccanismi di trasporto di energia in processi termodinamici quantistici alle nanoscale, specialmente fuori dall’equilibrio (Fig. 2) e al loro ruolo informazionale [Physical Review Research 2, 023327 (2020)], per realizzare macchine termiche quantistiche.
In tutti questi campi, gli spin in diamante consentono di esplorare il ruolo fondamentale delle misure quantistiche, della coerenza, dell’entanglement e del rumore, e sfruttare questi elementi come risorsa per ottimizzare i dispositivi quantistici.



Per approfondire

Website

Staff INO

Fabbri Nicole

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