I sensori quantistici rilevano i più piccoli cambiamenti ambientali, ad esempio un atomo che reagisce a un campo magnetico. Poiché questi sensori "leggono" i comportamenti unici delle particelle subatomiche, migliorano notevolmente anche la capacità degli scienziati di misurare e rilevare i cambiamenti nel nostro ambiente più ampio.
Il monitoraggio di questi piccoli cambiamenti si traduce in un'ampia gamma di applicazioni:dal miglioramento della navigazione e della previsione dei disastri naturali, all'imaging medico più intelligente e al rilevamento di biomarcatori di malattie, al rilevamento delle onde gravitazionali e a una comunicazione quantistica ancora migliore per una condivisione sicura dei dati.
I fisici della Georgia Tech stanno sperimentando nuove piattaforme di rilevamento quantistico per aiutare in questi sforzi. L'ultimo studio del team di ricerca, "Sensing spin wave excitations by spin difetti in pochi strati di nitruro di boro esagonale spesso" è stato pubblicato su Science Advances questa settimana.
Il gruppo di ricerca comprende i professori assistenti della Scuola di fisica Chunhui (Rita) Du e Hailong Wang (autori corrispondenti) insieme ai colleghi ricercatori della Georgia Tech Jingcheng Zhou, Mengqi Huang, Faris Al-matouq, Jiu Chang, Dziga Djugba e il professor Zhigang Jiang e i loro collaboratori .
La nuova ricerca studia il rilevamento quantistico sfruttando i centri di colore, piccoli difetti all'interno dei cristalli (il team di Du utilizza diamanti e altri materiali stratificati 2D) che consentono alla luce di essere assorbita ed emessa, conferendo al cristallo anche proprietà elettroniche uniche.
Incorporando questi centri di colore in un materiale chiamato nitruro di boro esagonale (hBN), il team sperava di creare un sensore quantistico estremamente sensibile, una nuova risorsa per lo sviluppo di dispositivi di rilevamento trasformativi di prossima generazione.
Da parte sua, hBN è particolarmente interessante per il rilevamento e l'informatica quantistica perché potrebbe contenere difetti che possono essere manipolati con la luce, noti anche come "qubit di spin otticamente attivi".
I difetti di spin quantistico nell'hBN sono anche molto sensibili dal punto di vista magnetico e consentono agli scienziati di "vedere" o "percepire" in modo più dettagliato rispetto ad altre tecniche convenzionali. Inoltre, la struttura a foglio di hBN è compatibile con strumenti ultrasensibili come i nanodispositivi, rendendolo una risorsa particolarmente interessante per le indagini.
La ricerca del team ha portato a una svolta fondamentale nel rilevamento delle onde di spin, dice Du, spiegando che "in questo studio, siamo stati in grado di rilevare eccitazioni di spin che erano semplicemente irraggiungibili negli studi precedenti."
Il rilevamento delle onde di spin è una componente fondamentale del rilevamento quantistico, poiché questi fenomeni possono viaggiare su lunghe distanze, rendendoli un candidato ideale per il controllo, la comunicazione e l'elaborazione delle informazioni ad alta efficienza energetica.
"Per la prima volta, abbiamo dimostrato sperimentalmente il rilevamento quantistico di van der Waals bidimensionale, utilizzando hBN spesso pochi strati in un ambiente reale", spiega Du, sottolineando il potenziale che il materiale ha per un rilevamento quantistico preciso. "Ulteriori ricerche potrebbero rendere possibile il rilevamento delle caratteristiche elettromagnetiche su scala atomica utilizzando centri di colore in strati sottili di hBN."
Ulteriori informazioni: Jingcheng Zhou et al, Rilevamento delle eccitazioni delle onde di spin mediante difetti di spin nel nitruro di boro esagonale con spessore di pochi strati, Progressi scientifici (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk8495
Informazioni sul giornale: La scienza avanza
Fornito dal Georgia Institute of Technology
