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世界上最小钻石收音机-氮-空缺中心量子特性

2019-08-01 16:54 来源于:未知
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史上最牛网导读: 哈佛大学的科学家和戴比尔斯钻石公司(De Beers)的研究团队,利用「氮-空缺中心」的量子特性,作出号称世界最小的收音机。某个程度来说,这个称号是理所当然的,因为氮-空缺中心也
世界上最小钻石收音机-氮-空缺中心量子特性
广告的力量是强大的。当初大诗人屈先生含冤跳江,才换得中华民族端午节吃粽子的习俗,而酱油公司只不过做做广告,就可以让台湾民众每年中秋相揪烤肉。然而,和石的行销手段相比,烤肉酱乃小巫见大巫。在钻石商不屈不挠的洗脑下,石俨然成为真爱的最佳代表物,准备戒也变成大多数人求婚时的必要开销。
 

石被建立起这种形象也不是没有道理,这种由碳元素正八面晶体所构成的物质,由于碳原子间的共价键强,没有自由电子且晶格排列整齐,因此硬度高、不导电、耐高温、不易产生化学反应又能透光;换成文艺一点的说法,就是坚不可摧、持久永恆且晶莹剔透,跟真正的爱情一点也不一样,所以能成为理想爱情的表徵。

除了供人观赏之外,
石亦有工业应用的价值,用作工业切割是最基本款的功能。因具有优异的热传导率、杨氏模数及光折射率,石做为声学、光学或散热材料也相当有潜力。甚至,基础科学也把石视为做研究的目标。

当晶体结构中周期性的排列规律被打破时,我们称之为晶格缺陷。
石晶体中,有种缺陷称做「氮-空缺中心」(Nitrogen-vacancy center),係用一个氮原子取代碳,再把另一个相邻的碳原子移除而形成。因氮原子较碳原子多出一个价电子,当「氮-空缺中心」处于带负电荷的状态时,在缺陷处会形成一双电子对。一般而言,量子系统需在低温环境下才能显性与维持,易受热干扰而被破坏;但处于「氮-空缺中心」中的电子对,受到石晶格的保护,在常温下,还能保持量子特性。
世界上最小钻石收音机-氮-空缺中心量子特性
N-V- center(Credit:Materialscientist, on Wiki, CC 3.0 )
 
哈佛大学的科学家和戴比尔斯
石公司(De Beers)的研究团队,利用「氮-空缺中心」的量子特性,作出号称世界最小的收音机。某个程度来说,这个称号是理所当然的,因为氮-空缺中心也就两个原子那么大。

「氮-空缺中心」当中的电子对,可维持其自旋状态一段时间。
石收音机运作的原理为是这样的:当这对电子的自旋方向相反时,他们所处的能态较低,而自旋方向相同时,则会处于较高的能态。这两个能态的能量差距,若换算为电磁波的频率,刚好落在无线电波的波段,因此能做为无线电的感测器。

事实上,这台收音机没有那么小,它还需要外接一台雷射、一个光感器及一个扬声器。当雷射照射氮-空缺中心的电子对时,电子被激发后再放出萤光;此时若接收到频率正确的无线电波,萤光强度就会随无线电波的频率而变化。所以频率调变(FM)的无线电讯号可被转为萤光强度讯号,再利用光感器将光强转为电压,就可由扬声器转为音频。

你可以在youtube上,欣赏
石收音机转播的歌曲。老实说,音质没有很好。不过研究人员还是很骄傲的,他们表示,因为石的稳定性,这台世界最小的收音机在极严苛的环境下仍能运作,比如说在350°C的高温中;也因为石稳定,不会有奇怪的化学反应,此收音机也可以植入生物的体内。(可是为何要这么做啊?)

「因为缺了一角,不能滚得很快,所以会停下来跟小虫閒谈,或闻一闻花香,这样的时光,令他愉快。」希尔弗斯坦在图文书”失落的一角”中,阐述著「缺陷」的美好。在「氮-空缺中心」的研究上,我们也看到
石因为有了晶格的缺陷,而展现出深邃而与众不同的气质。 
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