六方晶系窒化ホウ素（hBN）は量子センシング用にダイヤモンドに代わる可能性がある

ダイヤモンドの上に移動します。

ダイヤモンドは、そのコヒーレントな窒素空孔中心、制御されたスピン、磁場に対する感度、および室温で使用できる能力により、長い間、量子センシングに推奨される材料でした。 ダイヤモンドの代替品の研究には、そのような適切な材料は製造や拡大が簡単であるため、あまり関心がありませんでした。 ただし、ダイヤモンドは量子センサーや情報処理の研究には理想的ではありません。 ダイヤモンドが小さくなりすぎると、その有名な超安定した欠陥が崩れ始めます。 ダイヤモンドには使い物にならない限界があります。

六方晶窒化ホウ素（hBN）は、層状材料による量子情報処理や量子センシングのためのスピン欠陥として最近注目を集めています。 ただし、ホウ素空孔は hBN 格子内のいくつかの電荷状態に存在する可能性がありますが、-1 状態のみがスピン依存フォトルミネッセンスを持ち、スピン-フォトン界面として機能します。

他の電荷状態の検出と調査は、これまでのところ難しいことがわかっています。 電荷状態は不安定で、量子センサーやデバイスの環境の特徴である -1 と 0 の状態の間でちらつく可能性があるため、これは懸念事項でした。

新しい研究で、TMOS（ARC Center of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems）の科学者たちは、-1 状態を安定化する方法と、ハウジングの光励起と同時電子の欠陥の荷電状態を研究するための新しい実験的アプローチを開発しました。ビーム照射。

彼らの研究は、hBN が量子センシングと情報処理のための優先的な材料としてダイヤモンドに代わる可能性があることを示しました。 科学者たちは、これらの用途を支える原子欠陥を安定化することができ、その結果、ダイヤモンドでは統合できないデバイスに統合できる 2D hBN 層が得られました。

科学者たちはこの物質の特徴を調べ、いくつかの珍しい魅力的な特徴を発見しましたが、hBN に関する研究はまだ初期段階にあります。

共同筆頭著者の Dominic Sc​​ognamiglio 氏は、「ホウ素空孔の荷電状態の切り替え、操作、安定性に関する出版物は他にありません。だからこそ、私たちはこの文献のギャップを埋め、この物質をより深く理解するための第一歩を踏み出しているのです。」と述べています。

主任研究員のミロス・トス氏は、「この研究の次の段階では、センシングおよび集積量子フォトニクスへの応用のためにhBNの欠陥を最適化できるポンプ・プローブ測定に焦点を当てます。」と述べています。

科学者らは、hBN のホウ素空孔欠陥を分析するために、共焦点フォトルミネッセンス顕微鏡と走査型電子顕微鏡 (SEM) を組み合わせた新しい実験装置を開発しました。 その結果、電子ビームと電気超小型回路を使用して、欠陥を測定し、ホウ素空孔欠陥の電荷状態を制御することができました。

共同筆頭著者のアンガス・ゲイル氏は次のように述べています。 これにより、電子回路と電子ビームを使用して hBN の個々の画像欠陥を操作しながら、レーザーの焦点を合わせることができます。 顕微鏡に対するこの改造はユニークです。 これは非常に便利で、ワークフローが大幅に合理化されました。」

参考雑誌: