연구에 따르면 육각형 질화붕소는 양자 감지 재료로서 다이아몬드를 대체할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

2023년 6월 27일

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혁신적인 메타 광학 시스템을 위한 ARC 우수 센터

다이아몬드는 일관성 있는 질소 공극 중심, 제어 가능한 스핀, 자기장에 대한 민감성 및 실온에서 사용 가능한 능력으로 인해 오랫동안 양자 감지에 사용되는 재료였습니다. 이러한 적절한 재료는 제작과 확장이 매우 쉽기 때문에 다이아몬드 대안을 탐색하는 데 거의 관심이 없었습니다.

하지만 이 양자 세계의 염소는 아킬레스건이 하나 있는데 너무 큽니다. NFL 라인배커가 켄터키 더비(Kentucky Derby)에 참가할 최고의 스포츠맨이 아닌 것처럼, 다이아몬드는 양자 센서 및 정보 처리를 탐색할 때 이상적인 재료가 아닙니다. 다이아몬드가 너무 작아지면 그 유명한 초안정적인 결함이 무너지기 시작합니다. 다이아몬드가 쓸모없어지는 데에는 한계가 있습니다.

hBN은 그동안 양자센서이자 양자정보처리 플랫폼으로 간과돼 왔다. 최근 다이아몬드의 질소 공극 센터에 대한 강력한 경쟁자가 될 새로운 결함이 많이 발견되면서 이러한 상황이 바뀌었습니다.

이들 중에서 붕소 결손 중심(hBN 결정 격자에서 누락된 단일 원자)이 현재까지 가장 유망한 것으로 나타났습니다. 그러나 다양한 전하 상태로 존재할 수 있으며 스핀 기반 응용 분야에는 -1 전하 상태만 적합합니다. 다른 충전 상태는 지금까지 감지하고 연구하기가 어려웠습니다. 이는 충전 상태가 깜박거리고 -1과 0 상태 사이를 전환하여 특히 양자 장치 및 센서에 일반적인 환경 유형에서 불안정하게 만들 수 있기 때문에 문제가 되었습니다.

그러나 Nano Letters에 발표된 논문에 설명된 바와 같이, 변형 메타광학 시스템을 위한 ARC 우수 센터인 TMOS의 연구원들은 -1 상태를 안정화하는 방법과 결함의 전하 상태를 연구하기 위한 새로운 실험적 접근 방식을 개발했습니다. hBN광 여기 및 동시 전자빔 조사를 사용합니다.

공동 저자인 Angus Gale은 "이 연구는 hBN이 양자 감지 및 양자 정보 처리를 위한 우선 재료로서 다이아몬드를 대체할 가능성이 있음을 보여줍니다. 다이아몬드가 있을 수 없는 장치에 통합되었습니다."

공동 저자인 Dominic Scognamiglio는 "우리는 이 물질을 특성화하고 독특하고 매우 멋진 특성을 발견했지만 hBN에 대한 연구는 초기 단계입니다. 전하 상태 전환, 조작 또는 붕소 공극의 안정성에 관한 다른 출판물은 없습니다. , 이것이 바로 우리가 이 문헌 공백을 메우고 이 자료를 더 잘 이해하기 위한 첫 번째 단계를 밟고 있는 이유입니다."

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 것"이라고 말했습니다.

양자 감지는 빠르게 발전하는 분야입니다. 양자 센서는 기존 센서보다 더 나은 감도와 공간 분해능을 약속합니다. 많은 응용 분야 중에서 인더스트리 4.0과 장치의 추가 소형화에 가장 중요한 것 중 하나는 마이크로 전자 장치의 전기장과 자기장뿐 아니라 온도를 정밀하게 감지하는 것입니다. 이를 감지할 수 있는 것이 이를 제어하는 ​​데 핵심입니다.

열 관리는 현재 소형화된 장치의 성능 향상을 제한하는 요소 중 하나입니다. 나노 규모의 정밀한 양자 감지는 마이크로칩의 과열을 방지하고 성능과 신뢰성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.