Evne til at kontrollere centrifugering af atomlignende urenheder i 2-D materiale hexagonal bornitrid demonstreret

Et team af internationale forskere, der undersøger, hvordan man kontrollerer spin af atomlignende urenheder i 2-D-materialer, har observeret afhængigheden af ​​atomets energi på et eksternt magnetfelt for første gang.

Resultaterne af undersøgelsen, udgivet i Naturmaterialer , vil være af interesse for både akademiske og industrielle forskningsgrupper, der arbejder på udviklingen af ​​fremtidige kvanteapplikationer, siger forskerne.

Forskere fra University of Technology Sydney (UTS), universitetet i Würzburg, Kazan Federal University og Universidade Federal de Minas Gerais, demonstreret evnen til at kontrollere centrifugeringen af ​​atomlignende urenheder i hexagonalt bornitrid i 2-D-materiale. Ved at kombinere excitation af laser og mikrobølgeovn var forskerne i stand til at ændre spin -tilstande, for eksempel "op" til "ned", atomlignende urenheder i materialet og viser afhængigheden af ​​deres energi af et eksternt magnetfelt.

Dette er første gang, at fænomenet er blevet observeret i et materiale, der er lavet af et enkelt ark atomer som grafen. Forskerne siger, at disse nyligt demonstrerede kvante-spin-optiske egenskaber, kombineret med let integrering med andre 2-D materialer og enheder, etablerer sekskantet bor-nitrid som en spændende kandidat til avanceret kvante-teknologi hardware.

"2-D atomkrystaller er i øjeblikket nogle af de mest studerede materialer inden for kondenseret fysik og materialevidenskab, "siger UTS -fysiker Dr. Mehran Kianinia, medforfatter af undersøgelsen.

"Deres fysik er spændende ud fra et grundlæggende synspunkt, men ud over det, vi kan tænke på at stable forskellige 2-D krystaller for at skabe helt nye materialer, heterostrukturer og enheder med specifikke designeregenskaber, " han siger.

UTS -forsker, Dr. Carlo Bradac, en senior medforfatter af undersøgelsen siger, at ud over at tilføje endnu en unik ejendom, til et allerede imponerende udvalg af egenskaber for et 2-D-materiale, opdagelsen har et enormt potentiale inden for området kvantefølelse.

"Det, der virkelig begejstrer mig, er potentialet [i forbindelse med kvantefølelse]. Disse spins er følsomme over for deres umiddelbare omgivelser. I modsætning til 3D-faste stoffer, hvor det atomlignende system kan være så langt som et par nanometer fra objektet til at fornemme, her er det kontrollerbare spin lige ved overfladen. Vores håb er at bruge disse individuelle spins som bittesmå sensorer og kort, med en hidtil uset rumlig opløsning, variationer i temperatur, såvel som magnetiske og elektriske felter på variationer i spin, siger Dr. Bradac.

"Forestille, for eksempel, at kunne måle små magnetfelter med sensorer så små som enkeltatomer. Mulighederne er vidtgående og spænder fra nuklear magnetisk resonansspektroskopi til nanoskala medicinsk diagnostik og materialekemi til GPS-fri navigation ved hjælp af Jordens magnetfelt, " han siger.

Imidlertid er kvantebaseret nanoskala magnetometri "kun et område, hvor det er nyttigt at kontrollere enkelte centrifugeringer", siger seniorforfatter af undersøgelsen UTS professor Igor Aharonovich.

"Ud over kvantefornemmelse, mange kvanteberegnings- og kvantekommunikationsapplikationer er afhængige af vores evne til at kontrollere spin-tilstanden-nul, et og alt derimellem-af enkeltatomlignende systemer i faste værtsmaterialer. Dette giver os mulighed for at kode, lagre og overføre oplysninger i form af kvantebits eller qubits, " han siger.