nitreto de boro hexagonal (hBN) poderia potencialmente substituir o diamante para detecção quântica

Mova-se sobre o diamante.

Devido aos seus centros coerentes de vacância de nitrogênio, rotação controlada, sensibilidade a campos magnéticos e capacidade de ser empregado em temperatura ambiente, o diamante tem sido há muito tempo o material preferido para detecção quântica. Não tem havido muito interesse em pesquisar substitutos do diamante porque esse material adequado é simples de fabricar e dimensionar. No entanto, o diamante não é ideal para explorar sensores quânticos e processamento de informações. Quando os diamantes ficam muito pequenos, o defeito superestável pelo qual são conhecidos começa a desmoronar. Existe um limite no qual um diamante se torna inútil.

O nitreto de boro hexagonal (hBN) ganhou recentemente interesse como defeitos de spin para processamento de informações quânticas e detecção quântica por um material em camadas. No entanto, a vacância de boro pode existir em vários estados de carga na rede hBN, mas apenas o estado −1 tem fotoluminescência dependente de spin e atua como uma interface spin-fóton.

A detecção e investigação dos outros estados de carga têm-se revelado difíceis até agora. Isso era uma preocupação, pois o estado de carga é instável e pode oscilar entre os estados -1 e 0, característico de ambientes para sensores e dispositivos quânticos.

Em um novo estudo, cientistas do TMOS, o Centro de Excelência ARC para Sistemas Meta-Ópticos Transformativos, desenvolveram um método para estabilizar o estado –1 e uma nova abordagem experimental para estudar os estados de carga de defeitos no alojamento de excitação óptica e elétrons simultâneos. irradiação por feixe.

Seu estudo mostrou que o hBN poderia substituir o diamante como material preferencial para detecção quântica e processamento de informações. Os cientistas conseguiram estabilizar os defeitos atômicos que sustentam essas aplicações, resultando em camadas hBN 2D que poderiam ser integradas em dispositivos onde os diamantes não podem estar.

Os cientistas caracterizaram este material e encontraram várias características incomuns e fascinantes, mas a pesquisa sobre o hBN ainda está no início.

O coautor principal, Dominic Scognamiglio, afirma: “Não há outras publicações sobre mudança de estado de carga, manipulação ou estabilidade de vagas de boro, e é por isso que estamos dando o primeiro passo para preencher essa lacuna na literatura e compreender melhor este material”.

O investigador-chefe Milos Toth diz: “A próxima fase desta pesquisa se concentrará em medições de sonda de bomba que nos permitirão otimizar defeitos em hBN para aplicações em detecção e fotônica quântica integrada”.

Os cientistas desenvolveram uma nova configuração experimental que combinou um microscópio fotoluminescente confocal com um microscópio eletrônico de varredura (SEM) para analisar os defeitos de vacância de boro no hBN. Como resultado, eles foram capazes de medir o defeito e controlar os estados de carga dos defeitos de vacância de boro usando um feixe de elétrons e microcircuitos elétricos.

O co-autor Angus Gale diz: “A abordagem é nova. Isso nos permite focar o laser em defeitos de imagem individuais no hBN enquanto eles são manipulados usando circuitos eletrônicos e um feixe de elétrons. Esta modificação no microscópio é única; foi incrivelmente útil e simplificou significativamente nosso fluxo de trabalho.”

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