控制下的旋转缺陷:量子传感器技术的改进材料

旋转缺陷的相干控制

氮化硼原子层中旋转缺陷(红色)相干控制的示意图。氮化硼由硼(黄色球体)和氮气(蓝色球体)组成,并且呈带状线。通过激光激发旋转缺陷,并且通过光致发光读出其状态。可以通过带状线的微波脉冲(浅蓝色)和磁场来操纵qubit。荣誉:andreas gottscholl /武师大学

国际研究团队已经进入改进量子传感器技术的材料。医学,导航和它可以将来受益于此。

氮化硼是一种技术性有趣的材料,因为它与其他二维晶体结构非常兼容。因此,它为人工异性结构或电子设备开辟了途径,基本上是新的性质。

大约一年前,德国巴伐利亚巴伐利亚朱利努斯 - 马克西米利亚大学的物理研究所的团队成功地在氮化硼层状水晶中成功地创造了旋转缺陷,也称为Qubits,并通过实验识别它们。

近日,他的博士学位教授弗拉基米尔Dyakonov教授,他的博士学位andreas gottscholl和集团领导Pd博士andreas sperlich博士,成功采取了一个重要的下一步:对这种自旋缺陷的相干控制,即使在室温下也是如此。研究人员在有影响表中报告了他们的发现科学推进。尽管大流行,这项工作是在加拿大澳大利亚悉尼大学悉尼大学的密集国际合作中进行的。

金属石墨烯硼氮化钼二硫化物堆叠结构

JMU研究人员计划意识到这种堆叠结构。它由金属石墨烯(底部),绝缘氮化硼(中)和半导体钼二硫化物(上)组成。红点象征着一个氮化硼层中的单个旋转缺陷。缺陷可以用作堆栈中的本地探头。荣誉:andreas gottscholl /武师大学

更精确地测量局部电磁场

“我们预计,一旦在传感器中使用,vladimir dyakonov将允许可控旋转缺陷的材料将允许更精确测量局部电磁场”,vladimir dyakonov,“这是因为它们是根据定义在边境到周围世界的边界,需要映射。可以想象的应用领域在医学,导航中成像,无用的电磁场测量是必要的,或者在信息技术中。

“研究社区对这的最佳材料的寻求尚未完成,但有几个潜在的候选人,”Andreas Sperlich添加。“我们相信我们发现了一个新的候选人,因为它的平坦几何形状,它提供了电子产品的最佳集成可能性。”

旋转相干时间的限制克服克服

所有与氮化硼的旋敏实验在JMU进行。“我们能够衡量特征的旋转相干时间,确定它们的极限甚至嘲笑这些限制,”博士生的博士生和出版的第一作者说。旋转相干时间的知识是估计量子应用的旋转缺陷的潜力所必需的,并且非常希望长的相干时间是最终想要进行复杂的操纵。

GottsCholl以简化的术语解释了原理:“想象一下围绕其轴旋转的陀螺仪。我们已经成功证明了这种迷你陀螺仪存在于一层氮化硼中。现在我们已经展示了如何控制陀螺仪,即,例如,通过任何角度偏转它,而甚至没有触摸它,最重要的是控制这种状态。“

相干时间对邻近的原子层敏感地反应

通过脉冲高频电磁场,谐振微波实现“陀螺”(旋转状态)的非接触式操纵。JMU研究人员还能够确定“陀螺仪”保持其新的定位长度。严格来说,这里应该看到偏转角作为一个简化的例子,即qubit可以假设许多不同的状态,而不仅仅是0和1。

这与传感器技术有什么关系?晶体中的直接原子环境影响操纵的旋转状态,可以大大缩短其相干时间。“我们能够展示相干性与最近原子和原子核的距离对磁杂质的距离的极其敏感,以便可以从相干时间的测量推导出QUBit的环境,“andreas sperlich解释道。

目标:具有旋转的电子设备装饰硼氮化物层

JMU团队的下一个目标是实现由不同材料制成的人工堆叠的二维晶体,​​包括旋转轴承部件。后者的基本构建块是原子上薄的氮化硼层,其含有具有可接近的旋转状态的光学活性缺陷。

“在2D装置中不仅光学上,可以特别吸引控制旋转缺陷及其周围环境,而是通过电流。这是一个全新的领土,“弗拉基米尔迪卡诺夫说。

参考:“六角形硼氮化物的旋转缺陷的室温相干控制”由Andreas Gottscholl,Matthias Diez,Victor Soltamov,Christian Kasper,Andreas Sperlich,Mehran Kianinia,Carro Bradac,Igor Aharonovich和Vladimir Dyakonov,4月2日4月2日,科学推进
DOI:10.1126 / sciadv.abf3630

该工作由德国研究基金会DFG和Alexander Von Humboldt基金会资助。Vladimir Dyakonov是Würzburg-Dresden卓越奖CT.Qmat集群的主要研究人员,其主题包括控制拓扑材料系统中的旋转光子界面。

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