Il nitruro di boro esagonale (hBN) potrebbe potenzialmente sostituire il diamante per il rilevamento quantistico

Spostati sul diamante.

Grazie ai suoi centri coerenti di azoto vacante, alla rotazione controllata, alla sensibilità ai campi magnetici e alla capacità di essere impiegato a temperatura ambiente, il diamante è stato a lungo il materiale preferito per il rilevamento quantistico. Non c'è stato molto interesse nella ricerca sui sostituti del diamante perché un materiale così adatto è semplice da produrre e da scalare. Tuttavia, il diamante non è l’ideale per esplorare i sensori quantistici e l’elaborazione delle informazioni. Quando i diamanti diventano troppo piccoli, il difetto super stabile per cui è famoso comincia a sgretolarsi. C'è un limite oltre il quale un diamante diventa inutilizzabile.

Il nitruro di boro esagonale (hBN) ha recentemente guadagnato interesse come difetti di spin per l'elaborazione dell'informazione quantistica e il rilevamento quantistico da parte di un materiale stratificato. Tuttavia, il posto vacante di boro può esistere in diversi stati di carica nel reticolo hBN, ma solo lo stato −1 ha fotoluminescenza spin-dipendente e agisce come un'interfaccia spin-fotone.

L'individuazione e l'indagine degli altri stati di carica si sono finora rivelate difficili. Ciò era preoccupante poiché lo stato di carica è instabile e può oscillare tra gli stati -1 e 0, caratteristici degli ambienti per sensori e dispositivi quantistici.

In un nuovo studio, gli scienziati del TMOS, il Centro di eccellenza ARC per i sistemi meta-ottici trasformativi, hanno sviluppato un metodo per stabilizzare lo stato -1 e un nuovo approccio sperimentale per studiare gli stati di carica dei difetti nell'alloggiamento dell'eccitazione ottica e dell'elettrone simultaneo irradiazione del fascio.

Il loro studio ha dimostrato che l’hBN potrebbe sostituire il diamante come materiale preferenziale per il rilevamento quantistico e l’elaborazione delle informazioni. Gli scienziati sono riusciti a stabilizzare i difetti atomici che sono alla base di queste applicazioni, ottenendo strati hBN 2D che potrebbero essere integrati in dispositivi dove i diamanti non possono essere integrati.

Gli scienziati hanno caratterizzato questo materiale e hanno scoperto diverse caratteristiche insolite e affascinanti, ma la ricerca sull'hBN è ancora agli inizi.

Il co-autore principale Dominic Scognamiglio afferma: "Non ci sono altre pubblicazioni sulla commutazione dello stato di carica, sulla manipolazione o sulla stabilità dei posti vacanti di boro, motivo per cui stiamo facendo il primo passo per colmare questa lacuna nella letteratura e comprendere meglio questo materiale".

Il ricercatore capo Milos Toth afferma: “La prossima fase di questa ricerca si concentrerà sulle misurazioni della sonda a pompa che ci consentiranno di ottimizzare i difetti nell’hBN per applicazioni nel rilevamento e nella fotonica quantistica integrata”.

Gli scienziati hanno sviluppato una nuova configurazione sperimentale che combinava un microscopio confocale fotoluminescente con un microscopio elettronico a scansione (SEM) per analizzare i difetti di posti vacanti del boro nell'hBN. Di conseguenza, sono stati in grado di misurare il difetto e controllare gli stati di carica dei difetti di posti vacanti del boro utilizzando un fascio di elettroni e microcircuiti elettrici.

Il co-autore principale Angus Gale afferma: “L’approccio è nuovo. Ci consente di focalizzare il laser sui singoli difetti dell'immagine in hBN mentre vengono manipolati utilizzando circuiti elettronici e un fascio di elettroni. Questa modifica al microscopio è unica; è stato incredibilmente utile e ha semplificato notevolmente il nostro flusso di lavoro.

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