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Oltre alla carica, le particelle subatomiche come gli elettroni hanno anche una proprietà chiamata spin, che è responsabile del magnetismo. Negli ultimi anni sono emerse nuove proposte per utilizzare lo spin per archiviare informazioni con la promessa di essere più efficienti dal punto di vista energetico e di portare nuove funzionalità ai dispositivi di comunicazione e rilevamento. Per il suo dottorato di ricerca ricerca, Adonai Rodrigues Da Cruz ha studiato la dinamica dello spin in modo più dettagliato utilizzando la teoria e simulazioni numeriche. Ha difeso la sua tesi presso il dipartimento di Fisica Applicata il 3 maggio.
Difetti di rotazione
La capacità di controllare singoli stati quantistici è fondamentale per lo sviluppo di nuove tecnologie quantistiche per i futuri dispositivi di comunicazione, rilevamento ed elaborazione delle informazioni. Negli ultimi anni sono stati proposti numerosi nuovi modi di utilizzare lo spin dell'elettrone per memorizzare informazioni digitali in tali tecnologie quantistiche.
L'uso di difetti nei materiali semiconduttori che trasportano lo spin (i cosiddetti difetti di spin) è stato promosso come materiale per creare bit quantistici, il componente chiave di qualsiasi tecnologia quantistica.
I sensori basati su difetti di rotazione, come il centro di assenza di azoto (NV) nel diamante, sono già disponibili in commercio e sono emersi come la nuova tecnologia più interessante per le misurazioni magnetiche su scala nanometrica. Controllando e interrogando lo stato di rotazione di questo difetto cristallino, i ricercatori sono stati in grado di misurare campi magnetici estremamente piccoli e quindi studiare le proprietà di nuovi materiali in modo più dettagliato.
Comprendere gli effetti orbitali
Finora, sia gli studi sperimentali che quelli teorici sui singoli difetti nei semiconduttori si sono concentrati maggiormente sulla parte di spin e hanno ampiamente trascurato il contributo orbitale alle proprietà locali attorno ai difetti.
Per il suo dottorato di ricerca ricerca, Adonai Rodrigues Da Cruz ha cercato una migliore comprensione degli effetti orbitali. Questa intuizione è stata fornita attraverso lo sviluppo di formalismi teorici per descrivere le correnti circolanti in diversi materiali. Utilizzando simulazioni numeriche ed espressioni analitiche per la propagazione di elettroni in semiconduttori bidimensionali, ha previsto con precisione come le nanocorrenti si distribuiscono in base all'ambiente circostante.
I campi magnetici marginali possono essere generati dalle correnti circolanti attorno a difetti di spin singolo situati all'interno dei semiconduttori. Uno dei risultati principali della ricerca di Da Cruz è che sia l'ampiezza che le dimensioni spaziali del campo magnetico marginale rientrano nell'intervallo di sensibilità desiderato delle attuali sonde basate su NV. Pertanto, un sensore NV a scansione potrebbe essere utilizzato come sonda diretta del magnetismo orbitale interno associato a singoli difetti.
Il lavoro di Da Cruz suggerisce anche che le caratteristiche spaziali delle correnti possono essere fortemente sintonizzate mediante gating esterno, aprendo la possibilità di controllare elettricamente accoppiamenti di spin a breve distanza, che è essenziale per il gate di entanglement quantistico, un'operazione importante nell'informatica quantistica. + Esplora ulteriormente
