Un defecto de espín creado artificialmente (qubit) en una red cristalina de nitruro de boro es adecuado como sensor que permite la medición de diferentes cambios en su entorno local. El qubit es una vacante de boro ubicada en una capa bidimensional de nitruro de boro hexagonal y tiene un momento angular (giro).

El defecto es muy sensible a su entorno atómico, por ejemplo a las distancias a otros átomos o capas atómicas.

"Esto permite mediciones locales de campos magnéticos, temperatura e incluso presión, "dice el profesor Vladimir Dyakonov, jefe de la Cátedra de Física Experimental VI en Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Baviera, Alemania. Las mediciones se realizan de forma completamente óptica utilizando un láser; por lo tanto, el sensor no requiere ningún contacto eléctrico.

"Modulando microondas de diferentes frecuencias activadas y desactivadas, El defecto de giro se puede manipular para derivar diferentes influencias externas, como la temperatura, presión y campo magnético, "explica Andreas Gottscholl. El estudiante de doctorado en física de la JMU es el primer autor de la publicación en la revista Comunicaciones de la naturaleza , que presenta el nuevo sensor.

Características del sensor novedoso

Ya existen sensores atómicos basados ​​en defectos de espín:están hechos de diamante o carburo de silicio y son adecuados para mediciones locales de temperatura y campo magnético. "Nuestro sensor de nitruro de boro proporciona una respuesta adicional a los cambios de presión externos y supera la sensibilidad de los sistemas anteriores, especialmente a bajas temperaturas, "explica Gottscholl.

"Otra característica nueva de nuestro defecto de espín es su ubicación en una red cristalina bidimensional. En comparación con los sistemas tridimensionales establecidos basados ​​en diamante o carburo de silicio, proporciona posibilidades de aplicación completamente nuevas, "añade el físico de Würzburg.

Ejemplo:el nitruro de boro se considera actualmente el material estándar para encapsular dispositivos 2D novedosos, como transistores de tamaño nanométrico. "Con nuestro trabajo, Hemos demostrado que podemos incrustar artificialmente sensores atómicos en el material ampliamente utilizado nitruro de boro. Esto debería permitir medir directamente influencias como la temperatura, presión y campo magnético en los dispositivos investigados ".

Próximos pasos de investigación

Hasta aquí, los investigadores han demostrado la funcionalidad del sensor en un gran conjunto de varios millones de defectos de espín. Próximo, quieren mostrar la detección con defectos de espín único. Si esto tiene éxito, sería factible una aplicación a escala nanométrica.

"Particularmente interesante es la idea de utilizar nitruro de boro de una sola capa atómica, por lo tanto, el sensor se coloca directamente en la superficie del sistema investigado, ", dice el profesor Dyakonov. Esto permitiría la interacción directa con el entorno inmediato.

Campo de aplicación del sensor

Aplicaciones en investigación de materiales, el desarrollo de dispositivos o la biología podrían ser interesantes para obtener nuevos conocimientos en estos campos. Además de otras posibles implementaciones científicas, También es concebible a largo plazo utilizar el defecto de espín como sensor comercial; esto podría revolucionar las técnicas de imágenes médicas. ya que el sensor podría mapear las temperaturas locales como contrastes de una imagen, por ejemplo.