양자 센서용 신소재는 다이아몬드보다 훨씬 우수합니다.

다이아몬드는 소녀의 가장 친한 친구일 뿐만 아니라 다양한 유용한 특성 덕분에 오랫동안 양자 과학자의 가장 친한 친구였습니다. 그들은 대체로 경쟁사를 능가하는 매우 우수한 양자 센서를 만듭니다. 그러나 다이아몬드는 완벽하지 않습니다. 이제 팀은 대체 재료에 잠재적으로 역대 최고의 양자 센서가 될 수 있는 우위를 제공하는 방법을 연구했습니다.

다이아몬드가 양자 세계에서 그토록 유용한 이유는 다이아몬드의 격자 구조와 광학 특성을 통해 스핀과 같은 양자 상태, 자기장에 대한 민감도, 특정 극한 온도가 아닌 실온에서 유용할 수 있는 능력을 유지할 수 있기 때문입니다. 하지만 단점은 간단합니다. 다이아몬드가 작아지면 실제로 부서지기 시작합니다. 따라서 양자 세계에서 가장 작은 응용 분야의 경우 이러한 놀라운 센서는 쓸모가 없습니다.

대안으로 hBN 또는 육각형 질화붕소라는 재료가 있었습니다. 최근 연구에서는 붕소 공석과 관련하여 흥미로운 양자 잠재력이 제시되었습니다. 이 분자 격자에는 단일 원자(문제의 공석)가 누락되어 있으며 다른 전하를 가질 수 있습니다. 음으로 하전된 상태만이 좋은 양자 센서에 적합한 특성을 갖습니다.

새로운 연구는 실제로 hBN을 조작하고 모니터링하여 음전하를 띤 붕소 공극을 유지하여 양자 시스템에 필요한 물질을 정확하게 만드는 방법을 보여줍니다. 양자 센서는 일반 센서보다 더 높은 감도와 공간 분해능을 보장합니다.

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"우리는 이 물질을 특성화하고 독특하고 매우 멋진 특성을 발견했지만 hBN에 대한 연구는 초기 단계입니다." 공동 저자이자 변형 메타 광학 시스템을 위한 ARC 우수 센터의 Dominic Scognamiglio가 말했습니다. "붕소 공극의 전하 상태 전환, 조작 또는 안정성에 관한 다른 출판물이 없기 때문에 우리는 이 문헌 공백을 메우고 이 자료를 더 잘 이해하기 위한 첫 번째 단계를 밟고 있습니다."

“이 연구는 hBN이 양자 감지 및 양자 정보 처리를 위한 우선 소재로서 다이아몬드를 대체할 가능성이 있음을 보여줍니다. 왜냐하면 우리는 이러한 응용 분야를 뒷받침하는 원자 결함을 안정화하여 다이아몬드가 불가능한 장치에 통합될 수 있는 2D hBN 층을 만들 수 있기 때문입니다. 공동 저자인 Angus Gale은 덧붙였습니다.

시스템의 설정은 공초점 축광 현미경과 주사 전자 현미경을 결합합니다. 이것이 바로 팀이 유용한 방식으로 재료를 측정하고 조작할 수 있게 해 준 것입니다.

Gale은 “이 접근 방식은 전자 회로와 전자 빔을 사용하여 hBN을 조작하면서 레이저를 hBN에 집중시키고 개별 결함을 이미지화할 수 있다는 점에서 참신합니다.”라고 덧붙였습니다. “현미경에 대한 이번 수정은 독특합니다. 정말 유용했고 작업 흐름을 크게 간소화했습니다.”

이 연구는 Nano Letters에 게재되었습니다.