新素材は量子センサーにとってダイヤモンドよりも優れている

ダイヤモンドは女の子の親友であるだけでなく、さまざまな有用な特性のおかげで、長い間量子科学者の親友でもありました。 彼らは非常に優れた量子センサーを製造しており、概して競合他社を上回っています。 しかし、ダイヤモンドは完璧ではありません。現在、チームは代替材料に史上最高の量子センサーになる可能性を与える優位性を与える方法を考案しました。

ダイヤモンドが量子の世界で非常に役立つ理由は、その格子構造と光学特性により、スピンなどの量子状態を保存できること、磁場に対する感度、および特定の極端な温度を必要とせずに室温で使用できるためです。 ただし、欠点は単純です。 ダイヤモンドは小さくなるにつれて、実際には崩れ始めます。 したがって、量子の世界の最小のアプリケーションでは、これらの驚異的なセンサーは役に立ちません。

代替となるのは、hBN または六方晶窒化ホウ素と呼ばれる材料です。 最近の研究は、ホウ素空孔に関して興味深い量子ポテンシャルを示唆しています。 この分子格子では、欠落している原子 (問題の空孔) が 1 つあり、異なる電荷を持つ可能性があります。 負に帯電した状態のみが、優れた量子センサーに適した特性を持ちます。

新しい研究では、hBN を操作および監視して負に帯電したホウ素空孔を維持し、量子システムでまさに必要とされる材料を作成する方法を実際に示しています。 量子センサーは、通常のセンサーよりも高い感度と空間分解能を約束します。

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「私たちはこの材料を特徴づけ、ユニークで非常に優れた特性を発見しましたが、hBN の研究はまだ初期段階にあります」と共同主著者である ARC Center of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems の Dominic Sc​​ognamiglio 氏は次のように述べています。 「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、この材料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。」

「今回の研究は、hBN が量子センシングと量子情報処理の優先材料としてダイヤモンドに代わる可能性を秘めていることを示しています。なぜなら、これらの用途を支える原子欠陥を安定化できるため、ダイヤモンドでは不可能なデバイスに統合できる 2D hBN 層が得られるからです。であろう」と共同筆頭著者のアンガス・ゲイル氏は付け加えた。

このシステムのセットアップは、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を組み合わせたものです。 これにより、チームは材料を有益な方法で測定し、操作できるようになりました。

「このアプローチは、電子回路と電子ビームを使用して操作しながら、レーザーをhBNの個々の欠陥に焦点を合わせて画像化できるという点で斬新です」とゲイル氏は付け加えた。 「この顕微鏡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。」

この研究はNano Lettersに掲載された。