TR201806136A2 - Kuantum nv-elmas atom saati̇ - Google Patents

Kuantum nv-elmas atom saati̇ Download PDF

Info

Publication number
TR201806136A2
TR201806136A2 TR2018/06136A TR201806136A TR201806136A2 TR 201806136 A2 TR201806136 A2 TR 201806136A2 TR 2018/06136 A TR2018/06136 A TR 2018/06136A TR 201806136 A TR201806136 A TR 201806136A TR 201806136 A2 TR201806136 A2 TR 201806136A2
Authority
TR
Turkey
Prior art keywords
unit
quantum
diamond
atomic clock
detection
Prior art date
Application number
TR2018/06136A
Other languages
English (en)
Inventor
Keten Umut
Original Assignee
Tuerk Telekomuenikasyon A S
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tuerk Telekomuenikasyon A S filed Critical Tuerk Telekomuenikasyon A S
Priority to TR2018/06136A priority Critical patent/TR201806136A2/tr
Priority to PCT/TR2018/050234 priority patent/WO2019212430A1/en
Priority to US16/477,450 priority patent/US11320791B2/en
Priority to EP18917523.5A priority patent/EP3788445A4/en
Publication of TR201806136A2 publication Critical patent/TR201806136A2/tr

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04FTIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F5/00Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards
    • G04F5/14Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/32Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals
    • G01R33/36Electrical details, e.g. matching or coupling of the coil to the receiver
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/0016Technical microscopes, e.g. for inspection or measuring in industrial production processes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/032Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/32Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals
    • G01R33/323Detection of MR without the use of RF or microwaves, e.g. force-detected MR, thermally detected MR, MR detection via electrical conductivity, optically detected MR
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

Buluş, Kuantum mekaniğini ve hapsedilmiş olan elektronların spin-spin durumunu baz alarak geliştirilen yeni bir atom saati ile ilgilidir. Buluş ile atom saatlerinde gözlenen radyoaktivite, yarı-ömür ve raf ömrü dezavantajlarının önüne geçilmesi sağlanmaktadır.

Description

TEKNIK ALAN Bulus, hassas zaman ölçümü için kullanilan atom saatleri ile ilgilidir.
Bulus özellikle Kuantum mekanigini ve hapsedilmis olan elektronlarin spin-spin durumunu baz alarak gelistirilen yeni bir atom saati ile ilgilidir.
ONCEKI TEKNIK Günümüzde normal ve yaygin olarak kullanilan farkli türlerde atom saatleri mevcuttur.
Mevcut teknikte kullanilan tüm atom saatlerinin çalisma ilkesi aynidir. Farkli atom saatleri arasindaki temel fark kullanilan element ve enerji seviyelerindeki degisikligin tespiti için kullanilan araçlardaki farkliliktan kaynaklanmaktadir.
Mevcut teknikte kullanilan çesitli atom saati türlerinden bazilari sezyum atom saatleri, hidrojen atom saatleri, rubidyum atom saatleri, vb. atom saatleridir. Günümüzde siklikla kullanilan atom saatlerinden olan sezyum atom saatleri, bir sezyum atom demetinden yararlanmaktadir. Saat, manyetik alan vasitasi ile farkli enerji seviyelerindeki sezyum atomlarini ayristirmaktadir. Hidrojen atom saatleri, hidrojen atomlarini, duvarlari Özel bir malzemeden olan bir konteyner içinde gerekli enerji seviyelerinde tutar, bu sekilde hidrojen atomlari enerji seviyelerini kisa sürelerde kaybetmezler.
Mevcut teknikteki atom saatleri içinde en kompakt ve basit olani rubidyum atom saatleridir. Rubidyum atom saatleri ise çevreleyen mikrodalga frekans tam dogru oldugunda optik rubidyum frekansinda isik absorpsiyonunu degistiren, bir cam hücrelik rubidyum gazi kullanir. Günümüzde mevcut olan en dogru atom saatleri sezyum atomlarini, dedektörleri ve normal manyetik alanlari kullanmaktadir. Ek olarak, sezyum atomlarinin ileri geri vizildamasi lazer demetleri ile durdurulmakta bu da frekanstaki Doppler etkisi kaynakli küçük degisimleri azaltmaktadir. Halihazirda kullanilan atom saatlerinin tamami yaklasik 10 yili bir raf ömrüne sahiptir ve temel dezavantajlari radyoaktif olma özellikleri ve yari ömürleridir.
Sonuçta yukarida bahsedilen ve mevcut teknik isiginda çözülemeyen sorunlar ilgili teknik alanda bir yenilik yapmayi zorunlu kilmistir.
BU LUSUN KISA AÇIKLAMASI Mevcut bulus yukarida bahsedilen dezavantajlari ortadan kaldirmak ve ilgili teknik alana yeni avantajlar getirmek üzere kuantum nv-elmas atom saati ile ilgilidir.
Bulusun ana amaci, mevcut teknikte kullanilmakta olan atom saatlerinde görülen yari-ömür, radyoaktivite ve raf ömrü gibi dezavantajlari ortadan kaldiran bir atom saati gelistirmektir.
Bulusun bir diger amaci, mevut teknikte kullanilan atom saatlerine kiyasla daha hassas zaman ölçümü saglayan bir atom saati ortaya koymaktir.
Bulusun bir diger amaci, piezoeletrik etkiyi regüle etmek amaci ile atomlara enerji yüklemek için rezonansin radyo dalgalarina dönüstürülmesini gerektirmeyen tespit mekanizmasina sahip bir atom saati olusturmaktir.
Bulusun bir diger amaci, hapsedilen bir elektron tarafindan yaratilan atimlarin ölçümünün optik olarak gerçeklestirilmesini saglayan bir atom saati yaratmaktir.
Yukarida bahsedilen ve asagidaki detayli anlatimdan ortaya çikacak tüm amaçlari gerçeklestirmek üzere mevcut bulus, mevcut atom saatlerinde gözlenen yari-ömür, raf ömrü ve radyoaktivite dezavantajlarini ortadan kaldiran bir kuantum nv-elmas atom saatidir. Buna göre bulus, o bir elektronu azot atomunun kovalent bagina nakletmek için kullanilan en az o azot bosluk merkezi kusuru olan en az bir elmas kristali, o manyetik rezonans görüntüleme, optik mikroskopi, optik tespit ve rezonans tespitini saglayan en az bir MRI birimi, o elektromanyetik dalgalari bloke eden en az bir iç muhafaza, o elektromanyetik dalgalari bloke eden en az bir dis muhafaza, o tespit mekanizmalarindan alinan atimlari hesaplayan en az bir çikti birimii o ilk zaman degerini alan ve/veya yedekleme islevi gören en az bir anten içermektedir.
Mevcut bulusun yapilanmasi ve ek elemanlarla birlikte avantajlarinin en iyi sekilde anlasilabilmesi için asagida açiklamasi yapilan sekiller ile birlikte degerlendirilmesi SEKILLERIN KISA AÇIKLAMASI Sekil 1, N-V merkezli elmasin sematik görüntüsünü vermektedir.
Sekil 2, azot ve karbon atomunun sematik görüntüsünü vermektedir.
Sekil 3, bir enerji kaynagindan gelen elektronlar ile konveksiyonun sematik görüntüsünü vermektedir.
Sekil 4, bir elektronun azot atomunun yörüngesine takildigi durumun sematik görüntüsünü vermektedir.
Sekil 5, Kuantum NV-Elmas atom saatinin önerilen cihaz semasini vermektedir.
REFERANS NU MARALARI . Mikrodalga enerji kaynagi 2. NV-merkezli elmas 3. MRl birimi 4. Alternatif birim . Iç muhafaza 6. Dis muhafaza 7. Çikti birimi 8. Anten BU LUSUN DETAYLI AÇIKLAMASI Bu detayli açiklamada, bulus konusu yenilik sadece konunun daha iyi anlasilmasina yönelik hiçbir sinirlayici etki olusturmayacak örneklerle açiklanmaktadir. Sekil 5*te kuantum nv-elmas atom saatinin önerilen cihaz semasi verilmektedir. Buna göre bulus; bir elektronu azot atomunun kovalent bagina nakletmek için kullanilan en az bir mikrodalga enerji kaynagi (1), azot bosluk merkezi kusuru olan en az bir elmas kristali (2), manyetik rezonans görüntüleme, optik mikroskopi, optik tespit ve rezonans tespitini saglayan en az bir MRI birimi (3), elektromanyetik dalgalari bloke eden en az bir iç muhafaza (5), elektromanyetik dalgalari bloke eden en az bir dis muhafaza (6), tespit mekanizmalarindan alinan atimlari hesaplayan en az bir çikti birimi (7), ilk zaman degerini alan ve/veya yedekleme islevi gören en az bir anten (8) içermektedir.
Bulusun mümkün olan farkli uygulamalarinda bahsedilen MRI birimine (3) alternatif olarak alternatif birim (4) kullanilabilmektedir. Bahsedilen alternatif birim (4) optik mikroskopi, optik tespit birimleri veya diger rezonans tespit birimleri olarak karakterize edilebilmektedir.
Bulusun tercih edilen uygulamasinda bahsedilen çikti birimi (7) MRI biriminden (3) osilasyon sayimini Hz olarak almaktadir. Elmas veya Kuartz türüne bagli olarak tespit edebiliyor ve sayabiliyor olmalidir. Bir sapma oldugunda (minimum osilasyon sayisinin altinda), mikrodalga enerji kaynagina (1) bagli çikti birimi (7) dogrulugu sürdürmek için yeni bir mikrodalga atisi tetikler.
Bulusun çalisma prensibi ise su sekildedir: NV merkez bir elmas kristali içinde örgüdeki karbon atomlarindan birinin yerini bir azot atomunun aldigi bir kusurdur. NV kusurlari ya dogal olarak büyüme vasitasi ile azot dahli ile ya da sonradan tavlama vasitasi ile azotun yüksek saflikta elmasa yerlestirilmesi ile olusturulmaktadir. Sekil 1'de N-V merkezli elmasin (2) sematik görüntüsü verilmektedir. Sekil 2ide görülebilecegi üzere azot atomu karbonun sahip oldugu dört kovalent baga sahip degildir. Sekil 3'te görülen bir mikrodalga enerji kaynagindan (1) gelen elektronlar ile konveksiyonu takiben, bir elektron, azot atomunun yörüngesine takilacaktir (Sekil 4).
Takilan elektron (iyon) fluorosans gibi pek çok özellige sahiptir. Bir atom saati için gereken özellik fonon duran dalgasidir. Bir iyon (elektron) ile hapsedilmis NV merkez kusurunun dogasindan kaynaklanan osilasyon (fonon duran dalgasi) zamanlayici mekanizmasi olarak kullanilabilir. Tarif edilen mekanizma elektron, nükleer spinleri ve dipol kuplajidir, burada spinler süper çözünürlüklü optik mikroskop ile veya manyetik rezonans görüntüleme, MRI birimi (3) ile tekil olarak tespit edilmektedir. NV merkezin aksiyel simetrisi nedeniyle, iki adet olan mS=±1 durumu dejeneredir, ve mS=0 durumu daha düsük enerjilidir. Spin alt seviyeleri arasindaki enerji farki temel durum için D=2.87 GHz ve uyarilmis durum için D=1.42 GHz*dir, burada D sifir alan ayrismasi olarak bilinen niceliktir. Bu manyetik alan bagimliligi, tüm manyetik algilama uygulamalarinin temelini olusturmaktadir. Optik geçisler kuvvetli sekilde spini koruyan süreçlerdir, bunun anlami döngü esnasinda spin durumunun degismedigidir. Fononlar bir örgüdeki titresimlerdir. Fononlar örgü boyunca bir dalgalanma yaratacaktir. Bir azot boslugu ile elektron basitçe osilasyon yapacaktir ve fluorosans emisyonlari olacaktir. Elektron konvansiyonel atomik yörünge kisitlarina uymamaktadir, fakat yine de kesikli yörüngelere tabidir. Halen karbona güçlü sekilde kuplajlidir ve halen azota çekilmektedir. Fluorosans ve osilasyonlar ölçülebilir/tespit edilebilirdir. NV merkezinin spin Hamiltonyenii; .Ag nmgncric clucii'ii.' (FormUI 1 ) Burada, D=. B bir vektör manyetik alanidir, E={Ex,Ey,Ez} bir vektör elektrik alanidir ve _2 ve _xy kuplaj sabitleridir. Konvansiyon dogrultusunda, NV merkezinin ana ekseni -z ekseni veya kristal eksen boyuncadir.
Daha önce yukarida tarif edildigi üere, NV merkez kurusunun fluorosans emisyon özellikleri nedeniyle, MRI birimi (3) ile tespit yerine asagidaki gibi optik tespit mekanizmalari da kullanilabilir; Fluorosans emisyonu kararli durumu ve ayni sekilde her NV merkezinin ilgili sekilde ayrilabilir spin durumlari özdestir. Koreleasyonsuz bir üst üste binme durumuna kiyasla bir adet durum daha yüksek bir olasilikla iki foton emisyonuna sebep olacaktir. Kararli durum fluorosans emisyonu; CD durumu, koroleasyonu olmayan bir 'üst 'üste binme durumuna kiyasla, daha yüksek olasilikla iki foton emisyonuna neden olmali iken `Pdurumu daha düsük bir olasilik sonucunu vermektedir.

Claims (1)

  1. ISTEMLER . Yari-ömür, raf ömrü ve radyoaktivite dezavantajlarini ortadan kaldiran bir kuantum nv-elmas atom saati olup, özelligi; bir elektronu azot atomunun kovalent bagina nakletmek için kullanilan en az bir mikrodalga enerji kaynagi (1), o azot bosluk merkezi kusuru olan en az bir elmas kristali (2), o manyetik rezonans görüntüleme, optik mikroskopi, optik tespit ve rezonans tespitini saglayan en az bir MRI birimi (3), o elektromanyetik dalgalari bloke eden en az bir iç muhafaza (5), o elektromanyetik dalgalari bloke eden en az bir dis muhafaza (6), o tespit mekanizmalarindan alinan atimlari hesaplayan en az bir çikti birimi (7), ilk zaman degerini alan ve/veya yedekleme islevi gören en az bir anten (8) içermesidir. . istem 1te uygun kuantum nv-elmas atom saati olup, özelligi; bahsedilen MRI birimine (3) alternatif olarak ve/veya bahsedilen MRI birimi (3) ile birlikte kullanilmak üzere en az bir alternatif birim (4) içermesidir. . Istem 27ye uygun kuantum nv-elmas atom saati olup, özelligi; bahsedilen alternatif birimin (4) optik mikroskopi birimi/optik tespit birimi/rezonans tespit birimi olmasidir. . Istem 1'e uygun kuantum nv-elmas atom saati olup, özelligi; bahsedilen antenin (8) GNNS ve/veya GPS anteni olmasidir.
TR2018/06136A 2018-04-30 2018-04-30 Kuantum nv-elmas atom saati̇ TR201806136A2 (tr)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TR2018/06136A TR201806136A2 (tr) 2018-04-30 2018-04-30 Kuantum nv-elmas atom saati̇
PCT/TR2018/050234 WO2019212430A1 (en) 2018-04-30 2018-05-15 Quantum nv-diamond atomic clock
US16/477,450 US11320791B2 (en) 2018-04-30 2018-05-15 Quantum NV-diamond atomic clock
EP18917523.5A EP3788445A4 (en) 2018-04-30 2018-05-15 QUANTUM NV DIAMOND ATOMIC CLOCK

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TR2018/06136A TR201806136A2 (tr) 2018-04-30 2018-04-30 Kuantum nv-elmas atom saati̇

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TR201806136A2 true TR201806136A2 (tr) 2018-05-21

Family

ID=67980088

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TR2018/06136A TR201806136A2 (tr) 2018-04-30 2018-04-30 Kuantum nv-elmas atom saati̇

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11320791B2 (tr)
EP (1) EP3788445A4 (tr)
TR (1) TR201806136A2 (tr)
WO (1) WO2019212430A1 (tr)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014108845A1 (en) * 2013-01-10 2014-07-17 Dimension 4 Ltd. Apparatus, system, and method of frequency generation using an atomic resonator
US9360844B2 (en) * 2008-02-07 2016-06-07 Dimension 4 Ltd. Apparatus, system, and method of frequency generation using an atomic resonator
CN101990742A (zh) * 2008-02-07 2011-03-23 L·甘 使用原子共振器频率产生的设备、系统及方法
GB201015260D0 (en) * 2010-09-14 2010-10-27 Element Six Ltd A microfluidic cell and a spin resonance device for use therewith
WO2013040446A1 (en) * 2011-09-16 2013-03-21 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York High-precision ghz clock generation using spin states in diamond
WO2013059404A1 (en) * 2011-10-19 2013-04-25 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for deterministic emitter switch microscopy
WO2014210486A1 (en) 2013-06-28 2014-12-31 Dirk Robert Englund Wide-field sensing using nitrogen vacancies
CN105352489B (zh) * 2015-11-16 2018-04-13 北京航空航天大学 一种基于金刚石nv―色心的加速度传感器
WO2017210365A1 (en) * 2016-05-31 2017-12-07 Lockheed Martin Corporation Magneto-optical detecting apparatus and methods

Also Published As

Publication number Publication date
US20210333761A1 (en) 2021-10-28
US11320791B2 (en) 2022-05-03
EP3788445A4 (en) 2021-04-28
EP3788445A1 (en) 2021-03-10
WO2019212430A1 (en) 2019-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shaniv et al. New methods for testing Lorentz invariance with atomic systems
Yuchen et al. Pump beam influence on spin polarization homogeneity in the nuclear magnetic resonance gyroscope
JP2010531990A (ja) 原子時計
Sturm et al. Electron g‐factor determinations in Penning traps
US20190219645A1 (en) Compact magnetometer apparatus
Shiga et al. Diamagnetic correction to the 9 Be+ ground-state hyperfine constant
Vogel et al. Trap-assisted precision spectroscopy of forbidden transitions in highly-charged ions
Hirata et al. Detecting primordial gravitational waves with circular polarization of the redshifted 21 cm line. I. Formalism
Fan et al. One-electron quantum cyclotron as a milli-eV dark-photon detector
Rose et al. The virial theorem for a Dirac particle
TR201806136A2 (tr) Kuantum nv-elmas atom saati̇
Formaggio Direct neutrino mass measurements after PLANCK
Karshenboim et al. Atomic clocks and constraints on variations of fundamental constants
Burt et al. High-resolution spectroscopy of H 201 g+ hyperfine structure: A sensitive probe of nuclear structure and the hyperfine anomaly
Vogel The anomalous magnetic moment of the electron
JP2018146310A (ja) 磁気センサ、生体磁気測定装置
Dijck et al. Sympathetically cooled highly charged ions in a radio-frequency trap with superconducting magnetic shielding
Burt et al. A new trapped ion atomic clock based on 201 Hg+
Cornwell et al. Nuclear Spin and Moments of Ti 45
Sahoo Relativistic calculations of atomic clock
Peik et al. The development of accurate optical clocks
Gabrielse et al. Precise Matter and Antimatter Tests of the Standard Model with e-, e+, p, p¯ and H¯
Ubaid Towards a strontium based stationary optical lattice clock
Braginsky Development of quantum measurement methods (Methodological notes on part of Einstein's scientific legacy)
Schmidt et al. Sympathetically cooled highly charged ions in a radio-frequency trap with superconducting magnetic shielding