гексагональный нитрид бора (hBN) потенциально может заменить алмаз в квантовом зондировании

Подвиньтесь к алмазу.

Благодаря когерентным азотно-вакансионным центрам, контролируемому вращению, чувствительности к магнитным полям и возможности использования при комнатной температуре алмаз уже давно является предпочтительным материалом для квантового зондирования. Не было особого интереса к исследованию заменителей алмазов, поскольку такой подходящий материал легко изготовить и масштабировать. Однако алмаз не идеален для исследования квантовых датчиков и обработки информации. Когда бриллианты становятся слишком маленькими, суперстабильный дефект, которым они славятся, начинает разрушаться. Есть предел, при котором алмаз становится бесполезным.

гексагональный нитрид бора (hBN) недавно вызвал интерес в качестве спиновых дефектов для квантовой обработки информации и квантового зондирования с помощью слоистого материала. Однако вакансия бора может существовать в нескольких зарядовых состояниях в решетке hBN, но только состояние -1 обладает спин-зависимой фотолюминесценцией и действует как спин-фотонный интерфейс.

Обнаружение и расследование других состояний заряда пока оказались трудными. Это вызывало беспокойство, поскольку состояние заряда нестабильно и может колебаться между состояниями -1 и 0, что характерно для окружающей среды для квантовых датчиков и устройств.

В новом исследовании ученые из TMOS, Центра передового опыта в области трансформационных метаоптических систем ARC, разработали метод стабилизации состояния –1 и новый экспериментальный подход для изучения зарядовых состояний дефектов в корпусе оптического возбуждения и одновременного электронного возбуждения. лучевое облучение.

Их исследование показало, что hBN может заменить алмаз в качестве предпочтительного материала для квантового зондирования и обработки информации. Ученым удалось стабилизировать атомные дефекты, лежащие в основе этих приложений, в результате чего были созданы 2D-слои hBN, которые можно было интегрировать в устройства, где алмазы невозможны.

Ученые охарактеризовали этот материал и обнаружили несколько необычных и интересных особенностей, но исследования hBN все еще находятся в зачаточном состоянии.

Соведущий автор Доминик Скогнамиглио говорит: «Других публикаций по переключению зарядового состояния, манипулированию или стабильности вакансий бора нет, поэтому мы делаем первый шаг к заполнению этого пробела в литературе и лучшему пониманию этого материала».

Главный исследователь Милош Тот говорит: «Следующий этап этого исследования будет сосредоточен на измерениях накачки-зонда, которые позволят нам оптимизировать дефекты в hBN для приложений в области зондирования и интегрированной квантовой фотоники».

Ученые разработали новую экспериментальную установку, которая объединила конфокальный фотолюминесцентный микроскоп со сканирующим электронным микроскопом (СЭМ) для анализа дефектов борных вакансий в hBN. В результате им удалось измерить дефект и контролировать зарядовые состояния бор-вакансионных дефектов с помощью электронного луча и электрических микросхем.

Соведущий автор Ангус Гейл говорит: «Этот подход является новым. Это позволяет нам фокусировать лазер на отдельных дефектах изображения в hBN, в то время как ими манипулируют с помощью электронных схем и электронного луча. Эта модификация микроскопа уникальна; это было невероятно полезно и значительно упростило наш рабочий процесс».

Ссылка на журнал: