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2024-05-27 | 科技島

二維材料hBN 未來量子技術的催化劑


二維材料hBN 未來量子技術的催化劑


卡文迪什實驗室的科學家首次發現,六方氮化硼(hBN)超薄二維材料中存在的單一「原子缺陷」,並在在環境條件下表現出可以用光控制自旋相干性。自旋相干性是指能夠隨著時間的推移保留量子資訊的電子自旋,而在一般環境條件下能夠具有量子特性的材料非常罕見。


編譯/高晟鈞




卡文迪什實驗室的科學家首次發現,六方氮化硼(hBN)超薄二維材料中存在的單一「原子缺陷」,並在在環境條件下表現出可以用光控制自旋相干性。自旋相干性是指能夠隨著時間的推移保留量子資訊的電子自旋,而在一般環境條件下能夠具有量子特性的材料非常罕見。





二維材料hBN 未來量子技術的催化劑
科學家發現二維材料hBN,有望成為未來量子技術的催化劑。圖取自 Innovations



發表在《自然材料》的研究結果進一步證實,hBN在室溫下達到自旋相干性比的時間,比研究人員最初想像的還要長。一旦將特定的量子態寫入電子自旋上,該資訊就會儲存約百萬分之一秒。儘管乍聽之下時間很短,但這個系統不需要特殊條件便能在室溫下儲存自旋量子態,並且不需要大磁鐵。




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超薄材料hBN




六方氮化硼(hBN)是一種超薄二維材料,結構類似紙張堆疊的單原子層,層與層間則透過分子間的力結合在一起。有時,層內存在「原子缺陷」,類似於內部被困有分子的晶體。




這中缺陷可以吸收和發射可見光範圍內的光,並具有明確的光學躍遷,可以充當電子的局部陷阱。得益於六方氮化硼內的「原子缺陷」,科學家可以研究被捕獲電子的行為,例如允許電子與磁場相互作用自旋特性。而真正令人興奮的是,研究人員可以在室溫下利用光線來控制和操縱這些缺陷內的電子自旋。




未來展望與優化




這項發現為未來的技術應用,特別是感測技術鋪平了道路。然而,在hBN系統成熟到足以進行技術應用前,還有很多事情要努力。科學家正致力於探索自旋儲存時間能延長到什麼程度,以及是否可以特別優化對量子技術應用重要的系統和材料參數,包括缺陷盹定性,以及發出光的品質。




未來,研究人員正考慮進一步開發該系統,探索量子感測器到安全通訊不同的方向。




資料來源:Innovations



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