在原子尺度上，鉆石能以意想不到的方式短暫捕獲熱量，或?qū)⒏淖兞孔蛹夹g(shù)發(fā)展格局。

科學(xué)家通過多維相干光譜技術(shù)（2DIR）研究鉆石原子缺陷時發(fā)現(xiàn)，鉆石在原子尺度上能以出人意料的方式短暫捕獲熱量。這一發(fā)現(xiàn)或?qū)⒂绊懣茖W(xué)家設(shè)計鉆石基量子技術(shù)（包括超精密傳感器和未來量子計算機(jī)）的思路。

華威大學(xué)研究團(tuán)隊在鉆石的原子缺陷周圍發(fā)現(xiàn)了"熱點(diǎn)"，這一發(fā)現(xiàn)對鉆石作為世界最佳導(dǎo)熱體的固有認(rèn)知提出了挑戰(zhàn)。華威大學(xué)物理學(xué)教授詹姆斯·勞埃德-休斯解釋稱："在鉆石的分子尺度缺陷中發(fā)現(xiàn)熱基態(tài)令我們極為驚訝。鉆石本是最佳導(dǎo)熱體，理論上能量傳遞會阻止此類效應(yīng)發(fā)生。但在納米尺度上，部分聲子（振動能量包）會在缺陷附近滯留，形成微小的熱環(huán)境并對缺陷本身產(chǎn)生影響。"

研究團(tuán)隊聚焦鉆石中一種氮原子取代碳原子并與氫鍵結(jié)合的特定原子缺陷（Ns:H-C0缺陷）。當(dāng)用超快紅外激光脈沖激發(fā)缺陷的碳?xì)滏I時，研究人員原本預(yù)期熱量會立即消散到鉆石晶格中。然而先進(jìn)光譜技術(shù)揭示了奇特現(xiàn)象：缺陷會短暫進(jìn)入"熱基態(tài)"，這意味著周圍晶體仍處于高溫狀態(tài)且缺陷本身發(fā)生改變。根據(jù)新聞稿，附近積聚的振動能量將缺陷的紅外特征推向更高能量水平，該過程在幾皮秒內(nèi)達(dá)到峰值后衰減。

牛津大學(xué)物理學(xué)博士后研究員（前華威大學(xué)博士生）簡基特博士表示："我們首次將該技術(shù)應(yīng)用于鉆石缺陷研究，直接觀測到熱基態(tài)形成超出了預(yù)期。這項創(chuàng)新方法取得的成果令人欣喜，我們期待用該技術(shù)探索更多可能性。"

團(tuán)隊還解釋了鉆石無法立即消除該能量的原因：缺陷通過產(chǎn)生特定高能量聲子釋放能量，這類振動無法長距離傳播。這些聲子移動緩慢且快速散射，在缺陷周圍形成微小熱泡，最終衰變?yōu)橐苿痈斓妮d熱振動。

華威大學(xué)物理學(xué)博士趙佳輝指出："瞬時局部加熱效應(yīng)至關(guān)重要，因為缺陷是微小而敏感的量子系統(tǒng)，環(huán)境的瞬時變化都可能影響其在量子技術(shù)中的穩(wěn)定性、精確性和實用性。"

氮空位（NV）和硅空位（SiV）等鉆石缺陷可作為敏感傳感器和量子信息處理單元，其性能取決于自旋態(tài)的穩(wěn)定性，而自旋態(tài)深受周圍晶格振動影響。這項發(fā)表于《物理評論快報》的研究顯示，用于控制缺陷的光學(xué)技術(shù)可能無意中產(chǎn)生短暫存在的微小熱區(qū)，這些局部溫度峰值會微妙干擾自旋態(tài)，可能影響鉆石基量子器件的相干時間和整體性能。

研究證實當(dāng)鉆石中某些分子尺度缺陷被光激發(fā)時，會產(chǎn)生短暫存在的微小"熱點(diǎn)"，瞬間扭曲周圍晶體結(jié)構(gòu)。這種畸變僅持續(xù)數(shù)萬億分之一秒，但已足以影響量子相關(guān)缺陷的行為。研究人員通過結(jié)合合成技術(shù)、超快振動光譜與第一性原理計算發(fā)現(xiàn)，激發(fā)缺陷的伸縮模式會導(dǎo)致局部聲子產(chǎn)生并形成熱基態(tài)，使原子間勢發(fā)生瞬態(tài)改變。

研究團(tuán)隊總結(jié)稱："我們的研究揭示了鉆石在超高導(dǎo)熱性條件下仍存在非平衡聲子效應(yīng)，這對量子缺陷工程具有重要意義。"

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