Исследование показывает, что гексагональный нитрид бора может заменить алмаз в качестве квантовочувствительного материала.

27 июня 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

корректура

Центр передового опыта ARC по трансформационным метаоптическим системам

Алмаз уже давно является предпочтительным материалом для квантового зондирования благодаря его когерентным азотно-вакансионным центрам, контролируемому вращению, чувствительности к магнитным полям и возможности использования при комнатной температуре. Поскольку такой подходящий материал так легко изготовить и масштабировать, мало интереса к изучению альтернатив алмазу.

Но у этой КОЗЫ квантового мира есть одна ахиллесова пята — она слишком велика. Точно так же, как полузащитник НФЛ — не лучший спортсмен для участия в Кентукки Дерби, алмаз — не идеальный материал для изучения квантовых датчиков и обработки информации. Когда бриллианты становятся слишком маленькими, суперстабильный дефект, которым они славятся, начинает разрушаться. Существует предел, при котором алмаз становится бесполезным.

Ранее hBN игнорировался как квантовый сенсор и платформа для квантовой обработки информации. Ситуация изменилась недавно, когда был обнаружен ряд новых дефектов, которые могут составить серьезную конкуренцию азотным вакансионным центрам алмаза.

Из них наиболее многообещающим на сегодняшний день оказался вакансионный центр бора (единственный недостающий атом в кристаллической решетке hBN). Однако он может существовать в различных состояниях заряда, и только состояние заряда -1 подходит для приложений, основанных на спинах. Другие состояния заряда до сих пор было сложно обнаружить и изучить. Это было проблематично, поскольку состояние заряда могло мерцать, переключаясь между состояниями –1 и 0, что делало его нестабильным, особенно в тех средах, которые типичны для квантовых устройств и датчиков.

Но, как указано в статье, опубликованной в журнале Nano Letters, исследователи из TMOS, Центра передового опыта трансформирующих метаоптических систем ARC, разработали метод стабилизации состояния –1 и новый экспериментальный подход для изучения зарядовых состояний дефектов в hBN с использованием оптического возбуждения и одновременного облучения электронным пучком.

Соведущий автор Ангус Гейл говорит: «Это исследование показывает, что hBN потенциально может заменить алмаз в качестве предпочтительного материала для квантового зондирования и обработки квантовой информации, поскольку мы можем стабилизировать атомные дефекты, лежащие в основе этих приложений, в результате чего образуются двумерные слои hBN, которые можно было бы интегрирован в устройства, где алмаза быть не может».

Соведущий автор Доминик Скогнамильо говорит: «Мы охарактеризовали этот материал и обнаружили уникальные и очень интересные свойства, но изучение hBN находится на начальной стадии. Других публикаций о переключении зарядового состояния, манипуляциях или стабильности вакансий бора нет. , поэтому мы делаем первый шаг к восполнению этого пробела в литературе и лучшему пониманию этого материала».

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

Квантовое зондирование — быстро развивающаяся область. Квантовые датчики обещают лучшую чувствительность и пространственное разрешение, чем обычные датчики. Из многих его применений одним из наиболее важных для Индустрии 4.0 и дальнейшей миниатюризации устройств является точное измерение температуры, а также электрических и магнитных полей в микроэлектронных устройствах. Способность ощущать их является ключом к их контролю.

Управление температурным режимом в настоящее время является одним из факторов, ограничивающих производительность миниатюрных устройств. Точное квантовое зондирование на наноуровне поможет предотвратить перегрев микрочипов и повысить производительность и надежность.