Os pesquisadores alcançam um controle coerente de dois

14 de junho de 2023

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pela Universidade de Ciência e Tecnologia da China

Uma equipe liderada pelo Prof. Guo Guangcan, com os esforços colaborativos do Wigner Research Center for Physics, revelou uma nova abordagem para descobrir um novo defeito de spin com uma excelente probabilidade de 85% e alcançou o controle coerente de um spin único ultrabrilhante em nitreto de boro hexagonal (hBN) à temperatura ambiente. O estudo foi publicado na Nature Communications.

Os defeitos de spin no estado sólido são de grande importância na informação quântica, como o centro de vacância de nitrogênio (NV) em diamantes, que tem sido amplamente aplicado em computação quântica e redes quânticas. O material bidimensional hBN é considerado um hospedeiro notável para defeitos de spin no centro da cor. Os defeitos de spin no hBN têm atraído grande atenção por suas vantagens em dispositivos quânticos bidimensionais e nanodispositivos quânticos integrados.

Entre os defeitos de spin descobertos em hBN, o defeito de vacância de boro com carga negativa (VB-) é o mais predominante. Pesquisadores da equipe do Prof. Guo em suas pesquisas anteriores conduziram a medição da dependência da temperatura com base no defeito VB e demonstraram a dinâmica coerente do centro VB multi-spin.

Eles acharam difícil detectar um único defeito VB devido à sua baixa eficiência quântica para a transição óptica. Apesar de vários relatos de fotoluminescência aprimorada do defeito VB, observar o controle coerente de um único spin ainda é um desafio.

Neste estudo, os pesquisadores conseguiram isolar centros de cores individuais em amostras de pó de hBN com a ajuda da força capilar. Eles descobriram uma classe de centros de cores ultrabrilhantes de rotação única com uma excelente probabilidade de 85%, que é aumentada em 21 vezes em comparação com os métodos anteriores.

Os pesquisadores então mediram suas propriedades ópticas com características antibunching significativas e emissividade de fótons de até 25 MHz, que é a maior contagem de fluorescência de centros de cores de spin único encontrada em hBN até agora. Eles capturaram ainda seu sinal de oscilação Rabi e conduziram experimentos de eco Hahn. Foi a primeira vez que um centro de cores de spin único em hBN foi manipulado à temperatura ambiente, representando uma nova etapa na aplicação de informação quântica.

Além disso, os pesquisadores realizaram os primeiros cálculos de princípios para esclarecer a estrutura desse defeito no centro da cor. Verificou-se que o complexo de dopantes carbono-oxigênio pode ser a fonte deste tipo de defeitos no centro de cor de spin único, e os espectros simulados de ressonância magnética detectada opticamente (ODMR) do modelo CNCB3 são consistentes com os resultados experimentais.

O controle coerente de um spin único ultrabrilhante em hBN à temperatura ambiente dá um salto nas áreas quânticas, o que oferece a possibilidade de endereçar spins que podem ser controlados opticamente.

Mais Informações: Nai-Jie Guo et al, Controle coerente de um giro único ultrabrilhante em nitreto de boro hexagonal em temperatura ambiente, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-38672-6

Informações do diário:Comunicações da Natureza

Fornecido pela Universidade de Ciência e Tecnologia da China