Además de la carga, las partículas subatómicas como los electrones también tienen una propiedad llamada espín, que es responsable del magnetismo. En los últimos años, han surgido propuestas novedosas para usar el espín para almacenar información con la promesa de ser más eficientes energéticamente y traer nuevas funcionalidades a los dispositivos de comunicación y detección. Para su Ph.D. investigación, Adonai Rodrigues Da Cruz estudió la dinámica de giro con más detalle utilizando teoría y simulaciones numéricas. Defendió su tesis en el departamento de Física Aplicada el 3 de mayo.

Defectos de giro

La capacidad de controlar estados cuánticos individuales es crucial para el desarrollo de nuevas tecnologías cuánticas para futuros dispositivos de comunicación, detección y procesamiento de información. En los últimos años, se han propuesto varias formas novedosas de utilizar el espín de los electrones para almacenar información digital en tales tecnologías cuánticas.

El uso de defectos en materiales semiconductores que llevan espín (los llamados defectos de espín) se ha promovido como materiales para crear bits cuánticos, el componente clave de cualquier tecnología cuántica.

Los sensores basados ​​en defectos de espín, como el centro de vacancia de nitrógeno (NV) en el diamante, ya están disponibles comercialmente y se han convertido en la nueva tecnología más emocionante para las mediciones magnéticas a nanoescala. Al controlar e interrogar el estado de espín de este defecto de cristal, los investigadores han podido medir campos magnéticos extremadamente pequeños y, por lo tanto, estudiar las propiedades de nuevos materiales con más detalle.

Comprender los efectos orbitales

Hasta ahora, los estudios experimentales y teóricos sobre defectos únicos en semiconductores se han centrado más en la parte de espín y han descuidado en gran medida la contribución orbital a las propiedades locales alrededor de los defectos.

Para su Ph.D. investigación, Adonai Rodrigues Da Cruz buscó una mejor comprensión de los efectos orbitales. Esta idea se obtuvo a través del desarrollo de formalismos teóricos para describir las corrientes circulantes en diferentes materiales. Utilizando simulaciones numéricas y expresiones analíticas para la propagación de electrones en semiconductores bidimensionales, predijo con precisión cómo se distribuyen las nanocorrientes según el entorno circundante.

Los campos magnéticos marginales pueden ser generados por las corrientes circulantes alrededor de los defectos de un solo espín ubicados dentro de los semiconductores. Uno de los principales hallazgos de la investigación de Da Cruz es que tanto la magnitud como las dimensiones espaciales del campo magnético marginal se encuentran dentro del rango deseado de sensibilidad de las sondas actuales basadas en NV. Por lo tanto, un sensor NV de exploración podría usarse como una sonda directa del magnetismo orbital interno asociado con defectos únicos.

El trabajo de Da Cruz también sugiere que las características espaciales de las corrientes pueden ajustarse fuertemente mediante una puerta externa, lo que abre la posibilidad de controlar eléctricamente los acoplamientos de espín de corta distancia, lo cual es esencial para la puerta de entrelazamiento cuántico, una operación importante en la computación cuántica. + Explora más

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