육각형 질화붕소(hBN)는 양자 감지용 다이아몬드를 잠재적으로 대체할 수 있습니다.

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일관성 있는 질소 공극 중심, 제어된 스핀, 자기장에 대한 민감성 및 실온에서 사용 가능한 능력으로 인해 다이아몬드는 오랫동안 양자 감지에 선호되는 재료였습니다. 다이아몬드 대체재 연구에는 그다지 관심이 없었습니다. 그 이유는 이러한 적합한 재료가 제작 및 확장이 간단하기 때문입니다. 그러나 다이아몬드는 양자 센서와 정보 처리를 탐구하는 데 적합하지 않습니다. 다이아몬드가 너무 작아지면 그 유명한 초안정적인 결함이 무너지기 시작합니다. 다이아몬드가 쓸모없어지는 데에는 한계가 있습니다.

육방정계 질화붕소(hBN)는 최근 층상 물질에 의한 양자 정보 처리 및 양자 감지를 위한 스핀 결함으로 관심을 끌고 있습니다. 그러나 붕소 공극은 hBN 격자에서 여러 전하 상태로 존재할 수 있지만 -1 상태만이 스핀 의존형 광발광을 갖고 스핀-광자 경계면 역할을 합니다.

다른 충전 상태를 탐지하고 조사하는 것은 지금까지 어려운 것으로 입증되었습니다. 이는 양자 센서 및 장치 환경의 특성인 충전 상태가 불안정하고 -1과 0 상태 사이에서 깜박일 수 있기 때문에 우려되는 부분이었습니다.

새로운 연구에서 변형 메타 광학 시스템을 위한 ARC 우수 센터인 TMOS의 과학자들은 -1 상태를 안정화하는 방법과 광학 여기 및 동시 전자를 수용하는 결함의 전하 상태를 연구하기 위한 새로운 실험적 접근 방식을 개발했습니다. 빔 조사.

그들의 연구는 hBN이 양자 감지 및 정보 처리를 위한 우선 소재로서 다이아몬드를 대체할 수 있음을 보여주었습니다. 과학자들은 이러한 응용을 뒷받침하는 원자 결함을 안정화하여 다이아몬드가 불가능한 장치에 통합될 수 있는 2D hBN 층을 만들 수 있었습니다.

과학자들은 이 물질을 특성화하고 몇 가지 독특하고 흥미로운 특징을 발견했지만 hBN에 대한 연구는 아직 초기 단계입니다.

공동 저자인 Dominic Scognamiglio는 "붕소 공극의 전하 상태 전환, 조작 또는 안정성에 관한 다른 출판물이 없기 때문에 우리는 이 문헌 공백을 메우고 이 물질을 더 잘 이해하기 위한 첫 번째 단계를 밟고 있습니다."라고 말했습니다.

수석 조사관 Milos Toth는 "이 연구의 다음 단계는 감지 및 통합 양자 광자 분야의 응용을 위해 hBN의 결함을 최적화할 수 있는 펌프-프로브 측정에 중점을 둘 것입니다."라고 말했습니다.

과학자들은 hBN의 붕소 공공 결함을 분석하기 위해 공초점 광발광 현미경과 주사 전자 현미경(SEM)을 결합한 새로운 실험 장치를 개발했습니다. 그 결과 전자빔과 전기 미세회로를 이용해 결함을 측정하고 붕소 공공 결함의 전하 상태를 제어할 수 있었다.

공동 저자인 Angus Gale은 “접근 방식이 참신합니다. 이를 통해 전자 회로와 전자 빔을 사용하여 hBN의 개별 이미지 결함을 조작하는 동안 레이저의 초점을 hBN의 개별 이미지 결함에 집중할 수 있습니다. 현미경에 대한 이러한 수정은 독특합니다. 정말 유용했고 작업 흐름을 크게 간소화했습니다.”

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