Giugno 16, 2024

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Gli scienziati di Cambridge raggiungono la tanto attesa stabilità dello stato quantistico in un nuovo materiale 2D

Gli scienziati di Cambridge raggiungono la tanto attesa stabilità dello stato quantistico in un nuovo materiale 2D

I ricercatori del Cavendish Laboratory hanno determinato la coerenza di spin nei difetti atomici all’interno del nitruro di boro esagonale (hBN) in condizioni ambientali, un’impresa rara nei materiali quantistici. Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Materials, evidenzia che questi spin possono essere controllati con la luce e ha implicazioni promettenti per le future tecnologie quantistiche, compresi il rilevamento e le comunicazioni sicure. I risultati sottolineano inoltre la necessità di ulteriori esplorazioni per migliorare l’affidabilità dei difetti ed estendere i tempi di conservazione dello spin, sottolineando il potenziale dell’hBN nello sviluppo di applicazioni tecnologiche quantistiche. Credito: Eleanor Nicholls, Laboratorio Cavendish

Gli scienziati del Cavendish Laboratory hanno scoperto la coerenza di spin nel nitruro di boro esagonale (hBN) in condizioni normali, aprendo nuovi orizzonti per le applicazioni della tecnologia quantistica.

Gli scienziati del Cavendish Laboratory hanno scoperto che un singolo “difetto atomico” in un materiale noto come nitruro di boro esagonale (hBN) mantiene la coerenza di spin a temperatura ambiente e può essere manipolato utilizzando la luce.

La coerenza di spin si riferisce alla capacità dello spin elettronico di conservare l’informazione quantistica nel tempo. Questa scoperta è importante perché i materiali che possono ospitare proprietà quantistiche in condizioni ambientali sono molto rari.

Risultati pubblicati in Materiali della naturaConfermano inoltre che la coerenza di spin che può essere raggiunta a temperatura ambiente è più lunga di quanto inizialmente immaginato dai ricercatori. “I risultati mostrano che una volta che un certo stato quantistico viene scritto sullo spin di questi elettroni, questa informazione viene immagazzinata per circa un milionesimo di secondo, rendendo questo sistema una piattaforma molto promettente per le applicazioni quantistiche”, ha affermato il coautore dello studio Carm Gilardoni. . – è un autore dell’articolo e un Rubicon Postdoctoral Fellow presso il Cavendish Laboratory.

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“Può sembrare breve, ma la cosa interessante è che questo sistema non richiede condizioni speciali, può immagazzinare lo stato quantico di spin anche a temperatura ambiente e senza bisogno di grandi magneti”.

Proprietà del nitruro di boro esagonale

Il nitruro di boro esagonale (hBN) è un materiale ultrasottile composto da nitruro di boro esagonalemais– Strati spessi, in qualche modo simili alle foglie. Questi strati sono tenuti insieme da forze intermolecolari. Ma a volte ci sono “difetti atomici” all’interno di questi strati, simili a un cristallo con molecole intrappolate all’interno. Questi difetti possono assorbire ed emettere luce nel campo del visibile attraverso transizioni ottiche ben definite e possono fungere da trappole locali per gli elettroni. A causa di questi “difetti atomici” all’interno dell’hBN, gli scienziati possono ora studiare come si comportano questi elettroni intrappolati. Possono studiare la proprietà dello spin, che consente agli elettroni di interagire con i campi magnetici. La cosa davvero interessante è che i ricercatori possono controllare e manipolare lo spin degli elettroni utilizzando la luce all’interno di questi difetti a temperatura ambiente.

Questa scoperta apre la strada a future applicazioni tecnologiche, in particolare nella tecnologia dei sensori.

Tuttavia, poiché questa è la prima volta che qualcuno segnala la coerenza di spin per il sistema, c’è molto da indagare prima che sia abbastanza maturo per le applicazioni tecnologiche. Gli scienziati stanno ancora cercando di capire come rendere questi difetti migliori e più affidabili. Attualmente stanno studiando fino a che punto possiamo estendere il tempo di conservazione dello spin e se possiamo migliorare il sistema e i parametri del materiale che sono importanti per le applicazioni tecnologiche quantistiche, come la stabilità del difetto nel tempo e la qualità della luce emessa da quel difetto.

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Prospettive future e considerazioni conclusive

“Lavorare con questo sistema ha evidenziato per noi il potere dell’indagine sui materiali fondamentali. Per quanto riguarda il sistema hBN, noi come campo possiamo sfruttare le dinamiche dello stato eccitato in altre nuove piattaforme di materiali da utilizzare nelle future tecnologie quantistiche”. Ricercatore della Società e docente presso l’Università di Manchester.

In futuro, i ricercatori stanno cercando di sviluppare ulteriormente il sistema, esplorando molte direzioni diverse, dai sensori quantistici alle comunicazioni sicure.

“Ogni nuovo sistema promettente amplierà il set di strumenti dei materiali disponibili e ogni nuovo passo in questa direzione farà avanzare l’implementazione scalabile delle tecnologie quantistiche. Questi risultati confermano la promessa di “Materiali stratificati per raggiungere questi obiettivi”.

Riferimento: “Spin quantistico coerente nel nitruro di boro esagonale in condizioni ambientali” di Hannah L. Stern, Carm M. Gilardoni, Qiushi Guo, Simone Izaguirre-Parker, Oliver F.J. Powell, Xiaoxi Ding, Stephanie A. Fraser, Lewis Follett, Chi Li, Andrew J. Ramsay, Hark Ho Tan, Igor Aharonovitch e Mete Atatori, 20 maggio 2024, Materiali della natura.
doi: 10.1038/s41563-024-01887-z