Квантовые дефекты обладают потенциалом быть сверхчувствительными датчиками, которые могут предложить инновационные решения для навигационных и биосенсорных систем. Однако специалистам ещё предстоит полностью разобраться, как оптимально изолировать квантовый спин этих дефектов от спинов других внутри материала, что может нарушать их квантовую память или когерентность.
учёные из лаборатории профессора Дэвида Авшалома (David Awschalom) разработали новый метод применения спина дефекта для анализа поведения других дефектов с одиночным электроном в алмазах. Этот инновационный подход заложит основу для создания более совершенных квантовых сенсоров, способных поддерживать длительное время когерентности.
«Мы обнаружили способ наблюдать определённые проявления отдельных квантовых спиновых состояний, которые раньше были недоступны для стандартных методов измерения. Это не только изменит наше представление о проектировании квантовых систем, но и преобразует наш подход к зарядовым характеристикам многих материалов», — заявил Авшалом.
Команда исследователей выращивает алмазы методом химического осаждения из газа, добавляя лишь несколько нанометров азотных легирующих элементов для создания уникальных NV-центров.
Эти спиновые дефекты обладают высокой когерентностью, но их спины подвержены влиянию поведения других спинов в материале. Даже тщательно выращенные алмазы содержат азотные дефекты со своими спинами, что приводит к декогеренции и влияет на эффективность датчиков.
Чтобы глубже изучить одиночные электронные дефекты азота, команда применяла лазеры и собственную измерительную систему NV-центра. Количество испускаемых фотонов зависит от состояния спина NV-центра. Поскольку эти центры взаимодействуют с другими спинами, команда осознала, что они могут использовать NV-центр как наномасштабный сенсор заряда соседнего азота, который иначе был бы невидим.
Эта методика позволила исследователям углубиться в изучение взаимодействия спина и заряда на уровне отдельных дефектов.
Команда объединила силы с профессорами Аашишем Клерком (Aashish Clerk) и Джулией Галли (Giulia Galli), чьи исследования предоставили необходимые теоретические и вычислительные модели для лучшего понимания наблюдаемых явлений.
Учёные планируют использовать полученные данные как для более глубокого исследования систем, так и для разработки более продвинутых квантовых сенсоров.
«Синергия экспериментов, теории и вычислений открыла перед нами новые горизонты в области создания чистых материалов для квантовых технологий и контроля над некоторыми источниками помех», — отметила Галли.
Источник: iXBT
