Le nitrure de bore hexagonal (hBN) pourrait potentiellement remplacer le diamant pour la détection quantique

Déplacez-vous sur le diamant.

En raison de ses centres cohérents de lacunes en azote, de son spin contrôlé, de sa sensibilité aux champs magnétiques et de sa capacité à être utilisé à température ambiante, le diamant a longtemps été le matériau préféré pour la détection quantique. La recherche de substituts au diamant n'a pas suscité beaucoup d'intérêt, car ces matériaux appropriés sont simples à fabriquer et à mettre à l'échelle. Cependant, le diamant n’est pas idéal pour explorer les capteurs quantiques et le traitement de l’information. Lorsque les diamants deviennent trop petits, le défaut ultra-stable qui fait leur renommée commence à s'effriter. Il y a une limite à partir de laquelle un diamant devient inutile.

Le nitrure de bore hexagonal (hBN) a récemment suscité un intérêt en tant que défauts de spin pour le traitement de l'information quantique et la détection quantique par un matériau en couches. Cependant, la lacune en bore peut exister dans plusieurs états de charge dans le réseau hBN, mais seul l'état -1 a une photoluminescence dépendante du spin et agit comme une interface spin-photon.

La détection et l’investigation des autres états de charge se sont révélées jusqu’à présent difficiles. C’était un problème car l’état de charge est instable et peut osciller entre les états -1 et 0, caractéristique des environnements pour capteurs et appareils quantiques.

Dans une nouvelle étude, des scientifiques du TMOS, le Centre d'excellence de l'ARC pour les systèmes méta-optiques transformateurs, ont développé une méthode pour stabiliser l'état –1 et une nouvelle approche expérimentale pour étudier les états de charge des défauts dans le logement de l'excitation optique et des électrons concurrents. irradiation par faisceau.

Leur étude a montré que le hBN pourrait remplacer le diamant comme matériau privilégié pour la détection quantique et le traitement de l’information. Les scientifiques ont pu stabiliser les défauts atomiques qui sous-tendent ces applications, ce qui a permis d'obtenir des couches de hBN 2D qui pourraient être intégrées dans des dispositifs là où les diamants ne peuvent pas l'être.

Les scientifiques ont caractérisé ce matériau et découvert plusieurs caractéristiques inhabituelles et fascinantes, mais la recherche sur le hBN en est encore à ses balbutiements.

Le co-auteur principal Dominic Scognamiglio déclare : « Il n'existe aucune autre publication sur la commutation d'état de charge, la manipulation ou la stabilité des lacunes de bore, c'est pourquoi nous faisons le premier pas pour combler cette lacune dans la littérature et mieux comprendre ce matériau. »

L'enquêteur en chef Milos Toth déclare : « La prochaine phase de cette recherche se concentrera sur les mesures pompe-sonde qui nous permettront d'optimiser les défauts du hBN pour des applications en détection et en photonique quantique intégrée.

Les scientifiques ont développé une nouvelle configuration expérimentale combinant un microscope photoluminescent confocal avec un microscope électronique à balayage (MEB) pour analyser les défauts de lacune en bore dans le hBN. En conséquence, ils ont pu mesurer le défaut et contrôler les états de charge des défauts de lacune du bore à l’aide d’un faisceau d’électrons et de microcircuits électriques.

Le co-auteur principal Angus Gale déclare : « L'approche est nouvelle. Cela nous permet de focaliser le laser sur des défauts d'image individuels dans le hBN pendant qu'ils sont manipulés à l'aide de circuits électroniques et d'un faisceau d'électrons. Cette modification du microscope est unique ; cela a été incroyablement utile et a considérablement rationalisé notre flux de travail.

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