悬浮纳米钻石在真空中以每分钟12亿转的速度旋转

普渡大学（Purdue University）的物理学家将纳米级钻石悬浮起来，用激光撞击它们，使它们闪烁，并以令人难以置信的12亿转/分钟的速度旋转。这些实验不仅是为了创造“世界上最小的迪斯科舞厅”，而且可能有助于量子物理学的研究。

这种平均宽度为750纳米的微小钻石，首先是在高压和高温下生产出来的。然后，用高能电子照射它们，产生所谓的氮空位缺陷，可以用来保存量子信息。

为了让纳米钻石悬浮起来，研究小组在蓝宝石晶圆上沉积了一层薄薄的金，然后将金蚀刻成“Ω”形（Ω），从而创建了一个表面离子阱。当电流通过黄金时，它会产生一个电磁场，使放置在表面上的纳米钻石悬浮在真空室中。

“我们可以调整驱动电压来改变旋转方向，”该研究的作者之一沈坤红（音译）说。悬浮的钻石可以绕Z轴（垂直于离子阱表面）旋转，如图所示，顺时针或逆时针，取决于我们的驱动信号。如果我们不施加驱动信号，钻石就会像一个纱线球一样全方位旋转。”

在这样做的过程中，研究小组设法使纳米钻石以高达12亿转/分钟的速度旋转。虽然这相当令人印象深刻，但它远不是最快旋转的物体 —— 同一个团队目前用纳米级的“哑铃”保持着这一记录，它以惊人的3000亿转/分钟的速度旋转。

但纳米钻石的研究有一个更实际的目的，而不仅仅是为了创造世界纪录。当旋转的钻石被绿色激光照射时，它们会发出自己的红光，这使得科学家能够读出它们缺陷内电子的自旋状态。与此同时，红外线激光照射在钻石上，通过钻石散射光线的模式，研究小组了解了钻石的旋转方式。比较这两种测量结果，科学家可以推断出钻石的自旋如何影响其缺陷中包含的量子信息。

该研究的主要作者李同仓（音译）说：“想象一下，微小的钻石漂浮在空旷的空间或真空中。在这些钻石内部，有自旋量子比特，科学家可以用它来进行精确的测量，并探索量子力学和引力之间的神秘关系。在过去，这些漂浮钻石的实验在防止它们在真空中丢失和读取自旋量子比特方面遇到了麻烦。然而，在我们的工作中，我们成功地利用一种特殊的离子阱将钻石悬浮在高真空中。这是我们第一次能够在高真空中观察和控制悬浮钻石内部自旋量子比特的行为。”

该团队希望探索的主要问题是如何用量子术语解释引力，这仍然是物理学中最紧迫的问题之一。

这项研究发表在《自然通讯》杂志上。