Un difetto di spin creato artificialmente (qubit) in un reticolo cristallino di nitruro di boro è adatto come sensore che consente la misurazione di diversi cambiamenti nel suo ambiente locale. Il qubit è un posto vacante di boro situato in uno strato bidimensionale di nitruro di boro esagonale e ha un momento angolare (spin).

Il difetto è molto sensibile al suo ambiente atomico, per esempio alle distanze da altri atomi o strati atomici.

"Ciò consente misurazioni locali di campi magnetici, temperatura e pressione uniforme, "dice il professor Vladimir Dyakonov, capo della Cattedra di Fisica Sperimentale VI presso Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg in Baviera, Germania. Le misurazioni vengono eseguite completamente otticamente utilizzando un laser, quindi, il sensore non necessita di alcun contatto elettrico.

"Modulare microonde di diverse frequenze on e off, il difetto di spin può essere manipolato per derivare diverse influenze esterne come la temperatura, pressione e campo magnetico, " spiega Andreas Gottscholl. Il dottorando in fisica alla JMU è il primo autore della pubblicazione sulla rivista Comunicazioni sulla natura , che presenta il nuovo sensore.

Caratteristiche del nuovo sensore

Esistono già sensori atomici basati su difetti di spin:sono realizzati in diamante o carburo di silicio e sono adatti per misurazioni locali di temperatura e campo magnetico. "Il nostro sensore al nitruro di boro fornisce una risposta aggiuntiva alle variazioni di pressione esterne e supera la sensibilità dei sistemi precedenti, soprattutto a basse temperature, " spiega Gottscholl.

"Un'altra nuova caratteristica del nostro difetto di spin è la sua posizione in un reticolo cristallino bidimensionale. Rispetto ai sistemi tridimensionali consolidati basati su diamante o carburo di silicio, offre possibilità applicative completamente nuove, " aggiunge il fisico di Würzburg.

Esempio:il nitruro di boro è attualmente considerato il materiale standard per l'incapsulamento di nuovi dispositivi 2D come i transistor di dimensioni nanometriche. "Con il nostro lavoro, abbiamo dimostrato che possiamo incorporare artificialmente sensori atomici nel materiale ampiamente utilizzato nitruro di boro. Ciò dovrebbe consentire di misurare direttamente influenze come la temperatura, pressione e campo magnetico sui dispositivi indagati."

Prossime fasi della ricerca

Finora, i ricercatori hanno dimostrato la funzionalità del sensore su un ampio insieme di diversi milioni di difetti di spin. Prossimo, vogliono mostrare il rilevamento con difetti di spin singolo. Se questo riesce, un'applicazione su scala nanometrica sarebbe fattibile.

"Particolarmente interessante è l'idea di utilizzare nitruro di boro di un solo strato atomico, quindi il sensore viene posizionato direttamente sulla superficie del sistema indagato, " afferma il professor Dyakonov. Ciò consentirebbe un'interazione diretta con l'ambiente circostante.

Campo di applicazione del sensore

Applicazioni nella ricerca sui materiali, lo sviluppo di dispositivi o la biologia potrebbero essere interessanti per acquisire nuove conoscenze in questi campi. Oltre ad altre possibili implementazioni scientifiche, è anche concepibile a lungo termine utilizzare il difetto di spin come sensore commerciale:questo potrebbe rivoluzionare le tecniche di imaging medico, poiché il sensore potrebbe mappare le temperature locali come contrasti di un'immagine, Per esempio.