一個研究小組利用固態自旋量子感測器在短力範圍內仔細研究奇異的自旋-自旋-速度依賴性相互作用（SSIVD），報告了電子自旋之間的新實驗結果。他們的研究成果已發表在《物理評論快報》上。

標準模型是粒子物理學中一個非常成功的理論框架，描述了基本粒子和四個基本相互作用。然而，標準模型仍然無法解釋當前宇宙學中的一些重要觀測事實，例如暗物質和暗能量。

一些理論認為，新粒子可以充當傳播者，在標準模型粒子之間傳遞新的相互作用。目前，缺乏關於自旋速度相關新交互作用的實驗研究，特別是在相對較小的力距離範圍內，幾乎不存在實驗驗證。

研究人員設計了一個配備兩顆鑽石的實驗裝置。使用化學氣相沉積在每顆鑽石表面製備了高品質的氮空位（NV） 整合。一個NV係綜中的電子自旋用作自旋感測器，而另一個則充當自旋源。

研究人員透過相干地操縱兩個鑽石NV係綜的自旋量子態和相對速度，在微米尺度上尋找電子速度依賴性自旋之間的新交互作用。首先，他們使用自旋感測器來表徵磁偶極子與自旋源的相互作用作為參考。然後，透過調製自旋源的振動並執行鎖定檢測和相位正交分析，他們測量了SSIVD。

研究的實驗結果。圖片來源：DU et al.

對於兩種新的交互作用，研究人員分別在小於1公分和小於1公里的力範圍內進行了首次實驗檢測，並獲得了寶貴的實驗數據。

正如編輯所說，「這些結果為量子感測界帶來了新的見解，以利用固態自旋的緊湊、靈活和敏感特徵來探索基本相互作用。

該團隊由中國科學院中國科學技術大學杜江峰院士和邢榮教授領導，浙江大學焦滿教授合作。

更多資訊： Yue Huang 等人，與固態量子感測器的奇異自旋-自旋-速度相關相互作用的新約束，物理評論快報（2024）。 DOI： 10.1103/PhysRevLett.132.180801