Nanoskalastrømme forbedrer forståelsen af ​​kvantefænomener

Udover ladning bærer subatomære partikler som elektroner også en egenskab kaldet spin, som er ansvarlig for magnetisme. Nye forslag om at bruge spin til at lagre information er dukket op i de seneste år med løftet om at blive mere energieffektiv og at bringe nye funktioner til kommunikations- og sansningsenheder. For sin ph.d. forskning, studerede Adonai Rodrigues Da Cruz spindynamikken mere detaljeret ved hjælp af teori og numeriske simuleringer. Han forsvarede sit speciale ved Institut for Anvendt Fysik den 3. maj.

Spindefekter

Evnen til at kontrollere enkelte kvantetilstande er afgørende for udviklingen af ​​nye kvanteteknologier til fremtidige kommunikations-, sansnings- og informationsbehandlingsenheder. I de senere år er der blevet foreslået en række nye måder at bruge elektronspin til at lagre digital information i sådanne kvanteteknologier.

Brugen af ​​defekter i halvledermaterialer, der bærer spin (såkaldte spindefekter), er blevet promoveret som materialer til at skabe kvantebits – nøglekomponenten i enhver kvanteteknologi.

Sensorer baseret på spindefekter, såsom nitrogen-vacancy-centret (NV) i diamant, er allerede kommercielt tilgængelige og er dukket op som den mest spændende nye teknologi til magnetiske målinger i nanoskala. Ved at kontrollere og undersøge spin-tilstanden af ​​denne krystaldefekt, har forskere været i stand til at måle ekstremt små magnetiske felter og dermed studere nye materialers egenskaber mere detaljeret.

Forståelse af orbitale effekter

Indtil nu har både eksperimentelle og teoretiske undersøgelser af enkelte defekter i halvledere fokuseret mere på spindelen og stort set forsømt orbitalbidraget til de lokale egenskaber omkring defekterne.

For sin ph.d. forskning, søgte Adonai Rodrigues Da Cruz en bedre forståelse af de orbitale virkninger. Denne indsigt blev givet gennem udviklingen af ​​teoretiske formalismer til at beskrive cirkulerende strømme i forskellige materialer. Ved hjælp af numeriske simuleringer og analytiske udtryk til udbredelse af elektroner i todimensionelle halvledere forudsagde han nøjagtigt, hvordan nanostrømme fordeler sig i henhold til det omgivende miljø.

Magnetiske randfelter kan genereres af de cirkulerende strømme omkring enkelte spindefekter placeret inde i halvlederne. Et af hovedfundene i Da Cruz's forskning er, at både størrelsen og de rumlige dimensioner af det randmagnetiske felt er inden for det ønskede følsomhedsområde for nuværende NV-baserede sonder. Derfor kunne en scannende NV-sensor bruges som en direkte sonde af den interne orbitale magnetisme forbundet med enkelte defekter.

Da Cruz' arbejde antyder også, at strømmenes rumlige egenskaber kan tunes kraftigt af ekstern gating, hvilket åbner muligheden for elektrisk styring af kortdistance-spinkoblinger, hvilket er essentielt for quantum entangling gate, en vigtig operation i kvanteberegning. + Udforsk yderligere

Todimensionelt materiale kunne lagre kvanteinformation ved stuetemperatur