Un equipo de científicos internacionales que investiga cómo controlar el giro de impurezas similares a átomos en materiales 2-D ha observado por primera vez la dependencia de la energía del átomo de un campo magnético externo.

Los resultados del estudio, publicado en Materiales de la naturaleza , será de interés para los grupos de investigación académicos y de la industria que trabajan en el desarrollo de futuras aplicaciones cuánticas, dicen los investigadores.

Científicos de la Universidad de Tecnología de Sydney (UTS), la Universidad de Würzburg, la Universidad Federal de Kazán y la Universidade Federal de Minas Gerais, demostró la capacidad de controlar el giro de impurezas en forma de átomo en material 2-D hexagonal de nitruro de boro. Al combinar la excitación de láser y microondas, los investigadores pudieron cambiar los estados de giro, por ejemplo, "arriba" a "abajo", de impurezas en forma de átomo alojadas en el material y muestran la dependencia de su energía de un campo magnético externo.

Esta es la primera vez que se observa el fenómeno en un material compuesto por una sola hoja de átomos como el grafeno. Los investigadores dicen que estas propiedades ópticas de espín cuántico recientemente demostradas, combinado con la facilidad de integración con otros materiales y dispositivos 2-D, establece el nitruro de boro hexagonal como un candidato intrigante para hardware de tecnología cuántica avanzada.

"Los cristales atómicos 2-D son actualmente algunos de los materiales más estudiados en la física de la materia condensada y la ciencia de los materiales, "dice el físico de UTS, Dr. Mehran Kianinia, coautor del estudio.

"Su física es intrigante desde un punto de vista fundamental, pero más allá de eso, podemos pensar en apilar diferentes cristales 2-D para crear materiales completamente nuevos, heteroestructuras y dispositivos con propiedades de diseño específicas, " él dice.

Investigador de la UTS, Dr. Carlo Bradac, un coautor principal del estudio dice que además de agregar otra propiedad única, a una ya impresionante gama de propiedades para un material 2-D, el descubrimiento tiene un enorme potencial para el campo de la detección cuántica.

"Lo que realmente me emociona es el potencial [en el contexto de la detección cuántica]. Estos espines son sensibles a su entorno inmediato. A diferencia de los sólidos 3-D, donde el sistema en forma de átomo puede estar tan lejos como unos pocos nanómetros del objeto a detectar, aquí el giro controlable está justo en la superficie. Nuestra esperanza es utilizar estos giros individuales como pequeños sensores y mapas, con una resolución espacial sin precedentes, variaciones de temperatura, así como campos magnéticos y eléctricos sobre variaciones de espín ”, dice el Dr. Bradac.

"Imagina, por ejemplo, pudiendo medir campos magnéticos minúsculos con sensores tan pequeños como átomos individuales. Las posibilidades son de gran alcance y van desde la espectroscopia de resonancia magnética nuclear para el diagnóstico médico a nanoescala y la química de materiales hasta la navegación sin GPS utilizando el campo magnético de la Tierra, " él dice.

Sin embargo, la magnetometría a nanoescala cuántica es "sólo un área en la que el control de espines individuales en sólidos es útil", dice el autor principal del estudio, el profesor de UTS, Igor Aharonovich.

"Más allá de la detección cuántica, Muchas aplicaciones de computación cuántica y comunicación cuántica dependen de nuestra capacidad para controlar el estado de espín:cero, uno y cualquier cosa en el medio, de sistemas similares a átomos individuales en materiales hospedadores sólidos. Esto nos permite codificar almacenar y transferir información en forma de bits cuánticos o qubits, " él dice.