สวัสดีครับทุกคน เนื่องจากผมได้รับคำชักชวนจาก NiG ให้มาร่วมเขียนแบ่งปันความรู้ในเวบบอร์ดใหม่นี้ ผมขอเอางานที่ผมกำลังทำอยู่ในช่วงปิดเทอมนี้มาเล่าให้ฟังนะครับ ขอออกตัวก่อนว่าผมยังจัดว่าเป็นมือใหม่มากในวงการนี้ ถ้ามีอะไรผิดพลาดหรือไม่ครบบ้างก็รบกวนบอกด้วยนะครับ
สิ่งที่ผมกำลังศึกษาอยู่นี้เรียกว่า Nitrogen-Vacancy (NV) Defects in Diamonds หรือก็คือข้อบกพร่องในเพชรที่ประกอบด้วยไนโตรเจนและช่องว่างนั่นเอง
ทุกคนคงรู้ดีว่าเพชรนั้นก็คือผลึกคาร์บอนที่เรียงตัวกันเป็นรูปทรงสี่หน้า (tetahedron) ซึ่งโดยปกติแล้วเพชรบริสุทธิ์จะไม่มีสี!! สีต่างๆ ที่เราเห็นในเพชรนั้นล้วนแล้วแต่เป็นสิ่งแปลกปลอมที่แฝงตัวอยู่ในผลึกคาร์บอนเหล่านั้น ยกตัวอย่างเช่น สีน้ำเงินเกิดจากโบรอน สีเขียวเกิดจากนิคเกิล สีเหลืองเกิดจากไนโตรเจน ความผิดปกติทั้งหลายนี่เองกลับกลายเป็นสิ่งที่ทำให้เพชรมีมูลค่าและน่าสนใจ ดังนักวัสดุศาสตร์ F. Frank กล่าวไว้ว่า "คริสตัลก็เหมือนคน มีแต่ความผิดปกติเท่านั้นที่จะทำให้พวกมันน่าสนใจ" ("Crystals are like people, it is only the defects that make them interesting.")
โครงสร้างผลึกของเพชรบริสุทธิ์
NV Defects คืออะไร??
NV Defect คือการที่นอกจากอะตอมของคาร์บอนอะตอมหนึ่งในผลึกเพชรถูกแทนที่ด้วยไนโตรเจนแล้ว อะตอมข้างๆ ยังหายไป กลายเป็นช่องว่างด้วย จุดที่มีความผิดปกติเหล่านี้ในเพชรเรียกว่า Nitrogen-Vacancy Center หรือ NV Center นั่นเอง ความผิดปกติในลักษณะนี้ ทำให้ผลึกของเพชรสูญเสียความสมมาตรของรูปทรงสี่หน้าไป ทำให้มีระดับพลังงานของ NV Center นี้แตกต่างไปจากระดับพลังงานในผลึกของเพชรทั่วไป
ระดับพลังงานที่แตกต่างจากปกตินี้ ทำให้ NV Center สามารถดูดซับพลังงานจากโฟตอน และสามารถปล่อยโฟตอนออกมาได้ในย่านที่ตามองเห็น (~637nm = แสงสีแดง) โดยที่โฟตอนจะถูกปล่อยออกมาแค่เพียงตัวเดียวในแต่ละครั้ง ทำให้ NV Center เป็นแหล่งกำเนิดโฟตอนเดี่ยว (Single-Photon Source) ที่ดีมาก
ข้อดีของโครงสร้างระดับพลังงานนี้คือเราสามารถควบคุมระดับพลังงานด้วยสนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า หรือคลื่นไมโครเวฟได้โดยง่าย และโครงสร้างนี้มีเสถียรภาพสูงมาก ที่อุณหภูมิห้อง ทำให้ NV Center เป็นที่สนใจของวงการ Quantum Computing
ฟิสิกส์ร่วมสมัยจนถึงปัจจุบัน
