Исследование фундаментальных пределов твердотельного квантового гироскопа на основе NV

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-42-04407

НазваниеИсследование фундаментальных пределов твердотельного квантового гироскопа на основе NV – центров окраски в алмазе

Руководитель Акимов Алексей Владимирович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Общество с ограниченной ответственностью "Сенсор Спин Технолоджис" , г Москва

Конкурс №43 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (DFG)

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-304 - Спектроскопия

Ключевые слова Квантовый гироскоп, NVцентры в алмазе, стабильность, чувствительность, фундаментальные пределы, когерентность спинового ансамбля, ядерный спин, поляризация спина, температурный дрейф

Код ГРНТИ29.33.49

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Разработка нового прибора всегда сопровождается задачей фундаментальных ограничений его показателей. Данный проект тесно связан с исследованием квантового гироскопа на основе азотно-вакансионных (NV) центров окраски в алмазе. Целью проекта является исследование фундаментальных пределов работы данного гироскопа, а также исследование методов усовершенствования его характеристик. Принцип работы исследуемого гироскопа основан на ансамбле ядерных спинов в алмазе. При времени когерентности ядерного спина азота в несколько миллисекунд и объеме монокристалла алмаза в несколько кубических миллиметров теоретический предел чувствительности составляет сотые доли градусов в час, что ставит данную технологию в один ряд с лазерными и оптоволоконными гироскопами, использующимися в настоящее время в авиа- и космической промышленности. Одним из ключевых его преимуществ является возможность создания плотного ансамбля в малом объеме, что открывает перспективы создания компактного датчика угловой скорости, не уступающего по чувствительности лучшим используемым в настоящем гироскопическим технологиям. Гироскоп на NV центрах на данный момент активно разрабатывается ведущими научными группами по всему миру. С технологической точки зрения, особую ценность составляет практическая реализация гироскопа, что подразумевает детальное изучение его фундаментальных пределов. Данное исследование можно разбить на три этапа: 1. Первым этапом является исследование чувствительного элемента гироскопа – алмазной пластины и оптимизация ее оптических и спиновых свойств. Цель этого этапа - определить теоретически и экспериментально оптимальные оптические и спиновые свойства алмазных пластин, с учетом имеемого в мире опыта производства данных пластин и определить достигаемые уровни чувствительности и стабильности датчика вращения на базе оптимальных пластин. . 2. Вторым этапом исследования фундаментальных пределов является сравнение существующих методик измерения вращения с использованием ансамбля спинов а также исследование способов повышения их эффективности. Целью этапа определение экспериментальным путем положительных и отрицательных сторон наиболее перспективных методик и оптимизация их эффективности. 3. Заключительным этапом проекта будет исследование систематических ошибок гироскопа и разработка методов их компенсации.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. О.Р. Рубинас, В.В. Сошенко, С.В. Большедворский, И.С. Кожокару, А.И. Зеленеев, В.В. Воробьев, В.Н. Сорокин, В.Г. Винс, А.Н. Смолянинов, А.В. Акимов Optical detection of an ensemble of C centres in diamond and their coherent control by an ensemble of NV centres Квантовая электроника, 51(10), 938–946 (год публикации - 2021)
10.1070/QEL17624

2. В.В. Сошенко, С.В. Большедворский, О.Р. Рубинас, В.Н. Сорокин, А.Н. Смолянинов, В.В. Воробьев, А.В. Акимов Nuclear Spin Gyroscope based on the Nitrogen Vacancy Center in Diamond PHYSICAL REVIEW LETTERS, 126, 197702 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevLett.126.197702

3. В.В. Сошенко, И.С. Кожокару, С.В. Большедворский, О.Р. Рубинас, А.Н. Смолянинов, В.В. Воробьев, В.Н. Сорокин, А.В. Акимов Измерение времени продольной релаксации ядерного спина азота в центре окраски азот-вакансия в алмазе Квантовая Электроника (год публикации - 2021)
10.1070/QEL17654

Публикации

1. Сошенко В.В., Кожокару И.С., Большедворский С.В., Рубинас О.Р., Козодаев А.М., Дрофа С.М., Вилюжанина П.Г., Примак Е.А., Смолянинов А.Н., Акимов А.В.) ДВУХЧАСТОТНЫЙ РЕЗОНАТОР ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СВЕРХТОНКИХ ПЕРЕХОДОВ В АЗОТНО-ВАКАНСИОННОМ ЦЕНТРЕ ОКРАСКИ В АЛМАЗЕ Приборы и техника эксперимента (год публикации - 2022)

2. В.В. Сошенко, И.С. Кожокару, А.М. Козодаев, С.В. Большедворский, О.Р. Рубинас, В.Н. Сорокин, А.Н. Смолянинов, А.В. Акимов Исключение температурной зависимости в измерениях суперпозиционных состояний спина ядра в азотно-вакансионном центре в алмазе Краткие сообщения по физике ФИАН, 50(1), 30-33 (2023) (год публикации - 2022)

3. C.В. Большедворский, С.А. Тарелкин, В.В. Сошенко, И.С. Кожокару, О.Р. Рубинас, В.Н. Сорокин, В.Г. Винс, А.Н. Смолянинов, С.Г. Буга, А.С. Галкин, Т.Е. Дроздова, М.С. Кузнецов, С.А. Носухин, А.В. Акимов The study of the efficiency of nitrogen to NV-center conversion in high nitrogen content samples Physica Status Solidi (RRL) - Rapid Research Letters (год публикации - 2022)

Публикации

1. Владимир В. Сощенко, Иван С. Кожокару, Степан В. Большедворский, Ольга Р. Рубинас, Вадим Н. Сорокин, Андрей Н. Смолянинов, Алексей В. Акимов Optimal Microwave Control Pulse for Nuclear Spin Polarization and Readout in Dense Nitrogen‐Vacancy Ensembles in Diamond Physica status solidi (b), 260(4) , 2200613 (год публикации - 2023)
10.1002/pssb.202200613

2. Ольга Р. Рубинас, Владимир В. Сощенко, Иван С. Кожокару, Степан В. Большедворский, Полина Вилюжанина, Евгений А. Примак, Святослав М. Дрофа, Александра М. Козодаев, Виктор Винс , Вадим Н. Сорокин, Андрей Н. Смолянинов, Алексей В. Акимов Interaction of Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond with a Dense Ensemble of Carbon-13 AVS Quantum Science (год публикации - 2023)

3. В. В. Сошенко, И. С. Кожокару, С. В. Большедворский, А. Н. Смолянинов, В.Н. Сорокин, А. В. Акимов ВЛИЯНИЕ ПРОДОЛЬНОЙ РЕЛАКСАЦИИ ЭЛЕКТРОННОГО СПИНА НА ПОПЕРЕЧНУЮ РЕЛАКСАЦИЮ ЯДЕРНОГО СПИНА В АЗОТНО-ВАКАНСИОННОМ ЦЕНТРЕ В АЛМАЗЕ КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ ПО ФИЗИКЕ ФИАН (год публикации - 2023)