I ricercatori ottengono il controllo coerente di due

14 giugno 2023

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dall’Università della Scienza e della Tecnologia della Cina

Un team guidato dal Prof. Guo Guangcan, con la collaborazione del Wigner Research Center for Physics, ha rivelato un nuovo approccio per scoprire un nuovo difetto di spin con un'eccellente probabilità dell'85% e ha ottenuto un controllo coerente di un singolo spin ultraluminoso nel nitruro di boro esagonale (hBN) a temperatura ambiente. Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications.

I difetti di spin dello stato solido sono di grande importanza nell’informazione quantistica, come il centro di azoto vacante (NV) nei diamanti, che è stato ampiamente applicato nell’informatica quantistica e nelle reti quantistiche. Il materiale bidimensionale hBN è considerato un ospite eccezionale per i difetti di spin del centro colore. I difetti di spin nell'hBN hanno attirato grande attenzione con i loro vantaggi nei dispositivi quantistici bidimensionali e nei nanodispositivi quantistici integrati.

Tra i difetti di spin scoperti nell'hBN, il difetto dei posti vacanti di boro caricato negativamente (VB-) è quello più prevalente. I ricercatori del team del Prof. Guo nella loro ricerca precedente hanno condotto la misurazione della dipendenza dalla temperatura sulla base del difetto VB- e hanno dimostrato la dinamica coerente del centro VB- multi-spin.

Hanno trovato difficile rilevare un singolo difetto VB- a causa della sua bassa efficienza quantica per la transizione ottica. Nonostante diversi rapporti sull'aumento della fotoluminescenza del difetto VB, osservare il controllo coerente di un singolo spin è ancora una sfida.

In questo studio, i ricercatori sono riusciti a isolare i singoli centri di colore nei campioni di polvere di hBN con l’aiuto della forza capillare. Hanno scoperto una classe di centri di colore ultraluminosi a spin singolo con un'eccellente probabilità dell'85%, che è migliorata di 21 volte rispetto ai metodi precedenti.

I ricercatori hanno poi misurato le sue proprietà ottiche con caratteristiche antiraggruppamento significative e l'emissività dei fotoni fino a 25 MHz, che è il conteggio di fluorescenza più alto di centri di colore a spin singolo trovati finora nell'hBN. Hanno inoltre catturato il suo segnale di oscillazione Rabi e condotto esperimenti sull'eco di Hahn. Era la prima volta che un centro di colore a spin singolo in hBN veniva manipolato a temperatura ambiente, rappresentando un nuovo stadio nell'applicazione dell'informazione quantistica.

Inoltre, i ricercatori hanno realizzato i primi calcoli di principio per chiarire la struttura di questo difetto del centro del colore. Si è scoperto che il complesso di droganti carbonio-ossigeno può essere la fonte di questo tipo di difetti del centro colore a spin singolo e gli spettri di risonanza magnetica (ODMR) simulati rilevati otticamente del modello CNCB3 sono coerenti con i risultati sperimentali.

Il controllo coerente di un singolo spin ultraluminoso in hBN a temperatura ambiente fa un salto nelle aree quantistiche, che fornisce la possibilità di affrontare spin che possono essere controllati otticamente.

Maggiori informazioni: Nai-Jie Guo et al, Controllo coerente di un singolo spin ultraluminoso nel nitruro di boro esagonale a temperatura ambiente, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-38672-6

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