Спиновые дефекты в гексагональном нитриде бора, созданные бомбардировкой ионами гелия

21 июля 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

надежный источник

корректура

Национального университета Сингапура

Физики Национального университета Сингапура (NUS) разработали метод, использующий сфокусированный пучок ионов гелия для создания массивов дефектов в гексагональном нитриде бора (hBN), который потенциально может быть использован для приложений магнитного зондирования.

Гексагональный нитрид бора (hBN) представляет собой двумерный (2D) материал, состоящий из атомов бора и азота, расположенных в гексагональной решетчатой ​​структуре. Он демонстрирует уникальные свойства для приложений в области квантового зондирования. В hBN обнаружено множество типов дефектов, и один из них, отрицательно заряженная вакансия бора (VB–), представляет особый интерес, поскольку обладает спиновыми свойствами, которые делают его ценным для приложений квантового зондирования.

В данной работе пучок высокоэнергетических ионов гелия, полученный на ускорительной установке Центра применения ионных пучков (CIBA) физического факультета НУС, использовался для облучения чешуек hBN с целью создания оптических центров VB–. Способность фокусировать ионный луч на пятнах наноразмера и пространственно сканировать луч позволяет изготавливать узорчатые массивы оптических эмиттеров с высокой точностью.

Работа является результатом сотрудничества исследовательской группы под руководством доцента Эндрю Беттиола и группы под руководством доцента Гоки Эда, оба из факультета физики НУС. Центр оптических дефектов VB–, созданный в ходе экспериментов, проведенных исследовательской группой, демонстрирует некоторые интересные свойства при воздействии микроволновой энергии. Это исследование было опубликовано в журнале Advanced Optical Materials.

В экспериментах для обнаружения крошечных магнитных полей использовался спектроскопический метод, известный как оптически обнаруженный магнитный резонанс (ODMR). Этот метод сочетает в себе принципы магнитного резонанса и оптической спектроскопии для изучения свойств парамагнетиков и их взаимодействия с электромагнитным излучением.

Сначала зеленый лазер используется для возбуждения центра дефекта VB–, так что он излучает свет с длиной волны около 810 нм, что находится в ближней инфракрасной части электромагнитного спектра. Затем медная антенна используется для генерации определенной микроволновой частоты вблизи образца hBN. Эта микроволновая энергия переводит дефект в спиновое состояние, что приводит к уменьшению интенсивности света, излучаемого дефектом. Микроволновая частота настраивается до тех пор, пока не будет обнаружено падение интенсивности света. Это произошло примерно на частоте 3,48 ГГц, где наблюдался двойной провал интенсивности фотолюминесценции. Как только будет найдена частота микроволнового резонанса, датчик готов к использованию для обнаружения магнитных полей.

Профессор Беттиол сказал: «Используя это уникальное свойство, демонстрируемое hBN, крошечное магнитное поле, которое иногда возникает в биологических системах или в магнитных материалах, сместит резонансную частоту, и это приведет к восстановлению светового излучения от датчика. из центра оптического дефекта VB– обеспечивает средство оптического обнаружения локального магнитного поля».

Профессор Эда добавил: «hBN — это универсальный материал, который можно легко интегрировать во встроенные устройства. Наша демонстрация создания спиновых дефектов в hBN с высокой точностью является важным шагом на пути к реализации встроенных магнитных датчиков».

Больше информации: Хайдун Лян и др., Высокочувствительные спиновые дефекты в hBN, создаваемые высокоэнергетическим облучением гелевым пучком, Передовые оптические материалы (2022). DOI: 10.1002/adom.202201941.