Los investigadores logran un control coherente de dos

14 de junio de 2023

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por la Universidad de Ciencia y Tecnología de China

Un equipo dirigido por el Prof. Guo Guangcan, con la colaboración del Centro de Investigación de Física Wigner, reveló un nuevo enfoque para descubrir un nuevo defecto de espín con una excelente probabilidad del 85% y logró un control coherente de un espín único ultrabrillante en nitruro de boro hexagonal. (hBN) a temperatura ambiente. El estudio fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza.

Los defectos de espín de estado sólido son de gran importancia en la información cuántica, como el centro de vacantes de nitrógeno (NV) en los diamantes, que se ha aplicado ampliamente en la computación cuántica y las redes cuánticas. El material bidimensional hBN se considera un huésped notable para los defectos de giro del centro de color. Los defectos de espín en hBN han atraído gran atención por sus ventajas en dispositivos cuánticos bidimensionales y nanodispositivos cuánticos integrados.

Entre los defectos de espín descubiertos en hBN, el defecto de vacancia de boro con carga negativa (VB-) es el más predominante. Los investigadores del equipo del Prof. Guo en su investigación anterior realizaron la medición de la dependencia de la temperatura basándose en el defecto VB y demostraron la dinámica coherente del centro VB de múltiples espines.

Les resultó difícil detectar un solo defecto VB debido a su baja eficiencia cuántica para la transición óptica. A pesar de varios informes sobre fotoluminiscencia mejorada del defecto VB, observar el control coherente de un solo giro sigue siendo un desafío.

En este estudio, los investigadores lograron aislar centros de color individuales en muestras de polvo de hBN con la ayuda de la fuerza capilar. Descubrieron una clase de centros de color ultrabrillantes de un solo giro con una excelente probabilidad del 85%, que se mejora 21 veces en comparación con los métodos anteriores.

Luego, los investigadores midieron sus propiedades ópticas con importantes características antiagrupación y emisividad de fotones de hasta 25 MHz, que es el recuento de fluorescencia más alto de los centros de color de un solo espín encontrado en hBN hasta el momento. Además, capturaron su señal de oscilación Rabi y realizaron experimentos de eco de Hahn. Fue la primera vez que se manipuló un centro de color de un solo giro en hBN a temperatura ambiente, lo que representa una nueva etapa en la aplicación de información cuántica.

Además, los investigadores realizaron cálculos de primeros principios para aclarar la estructura de este defecto del centro de color. Se descubrió que el complejo de dopantes de carbono y oxígeno puede ser la fuente de este tipo de defectos del centro de color de un solo giro, y los espectros de resonancia magnética detectados ópticamente (ODMR) simulados del modelo CNCB3 son consistentes con los resultados experimentales.

El control coherente de un espín único ultrabrillante en hBN a temperatura ambiente da un salto en áreas cuánticas, lo que brinda la posibilidad de abordar espines que pueden controlarse ópticamente.

Más información: Nai-Jie Guo et al, Control coherente de un giro único ultrabrillante en nitruro de boro hexagonal a temperatura ambiente, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-38672-6

Información de la revista:Comunicaciones de la naturaleza

Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de China