Los sensores cuánticos detectan los cambios ambientales más pequeños; por ejemplo, la reacción de un átomo a un campo magnético. A medida que estos sensores "leen" los comportamientos únicos de las partículas subatómicas, también mejoran drásticamente la capacidad de los científicos para medir y detectar cambios en nuestro entorno más amplio.
El monitoreo de estos pequeños cambios da como resultado una amplia gama de aplicaciones, desde mejorar la navegación y el pronóstico de desastres naturales, hasta imágenes médicas más inteligentes y detección de biomarcadores de enfermedades, detección de ondas gravitacionales e incluso una mejor comunicación cuántica para compartir datos de forma segura.
Los físicos de Georgia Tech son pioneros en nuevas plataformas de detección cuántica para ayudar en estos esfuerzos. El último estudio del equipo de investigación, "Detección de excitaciones de ondas de espín mediante defectos de espín en nitruro de boro hexagonal de pocas capas de espesor", se publicó en Science Advances. esta semana.
El equipo de investigación incluye a los profesores asistentes de la Escuela de Física Chunhui (Rita) Du y Hailong Wang (autores correspondientes) junto con sus colegas investigadores de Georgia Tech Jingcheng Zhou, Mengqi Huang, Faris Al-matouq, Jiu Chang, Dziga Djugba y el profesor Zhigang Jiang y sus colaboradores. .
La nueva investigación investiga la detección cuántica aprovechando los centros de color:pequeños defectos dentro de los cristales (el equipo de Du usa diamantes y otros materiales en capas 2D) que permiten que la luz sea absorbida y emitida, lo que también le da al cristal propiedades electrónicas únicas.
Al incorporar estos centros de color en un material llamado nitruro de boro hexagonal (hBN), el equipo esperaba crear un sensor cuántico extremadamente sensible, un nuevo recurso para desarrollar dispositivos de detección transformadores de próxima generación.
Por su parte, hBN es particularmente atractivo para la computación y la detección cuántica porque podría contener defectos que pueden manipularse con luz, también conocidos como "qubits de espín ópticamente activos".
Los defectos de espín cuántico en hBN también son muy sensibles magnéticamente y permiten a los científicos "ver" o "sentir" con más detalle que otras técnicas convencionales. Además, la estructura laminar del hBN es compatible con herramientas ultrasensibles como los nanodispositivos, lo que lo convierte en un recurso particularmente interesante para la investigación.
La investigación del equipo ha dado como resultado un avance crítico en la detección de ondas de espín, dice Du, y explica que "en este estudio, pudimos detectar excitaciones de espín que eran simplemente inalcanzables en estudios anteriores".
La detección de ondas de espín es un componente fundamental de la detección cuántica, porque estos fenómenos pueden viajar largas distancias, lo que los convierte en un candidato ideal para el control, la comunicación y el procesamiento de información con eficiencia energética.
"Por primera vez, demostramos experimentalmente la detección cuántica bidimensional de Van der Waals, utilizando hBN de pocas capas de espesor en un entorno del mundo real", explica Du, subrayando el potencial que tiene el material para una detección cuántica precisa. "Más investigaciones podrían hacer posible detectar características electromagnéticas a escala atómica utilizando centros de color en capas delgadas de hBN".
Más información: Jingcheng Zhou et al, Detección de excitaciones de ondas de espín mediante defectos de espín en nitruro de boro hexagonal de pocas capas de espesor, Avances científicos (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk8495
Información de la revista: Avances científicos
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Georgia
