Físicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han desarrollado un método que utiliza un haz enfocado de iones de helio para crear conjuntos de defectos en nitruro de boro hexagonal (hBN) que potencialmente pueden usarse para aplicaciones de detección magnética.
El nitruro de boro hexagonal (hBN) es un material bidimensional (2D) que consta de átomos de boro y nitrógeno dispuestos en una estructura reticular hexagonal. Exhibe propiedades únicas para aplicaciones en detección cuántica. Se han descubierto muchos tipos de defectos en el hBN y uno de ellos, la vacancia de boro cargada negativamente (VB – ), es de particular interés ya que posee propiedades de espín que lo hacen valioso para aplicaciones de detección cuántica.
En este estudio, se utilizó un haz de iones de helio de alta energía producidos en las instalaciones del acelerador del Centro de Aplicaciones de Haz de Iones (CIBA) del Departamento de Física de NUS para irradiar escamas de hBN para generar VB – centros ópticos. La capacidad de enfocar el haz de iones en puntos de tamaño nanométrico y escanear espacialmente el haz permite fabricar conjuntos de emisores ópticos con patrones con alta precisión.
El trabajo es el resultado de una colaboración entre un equipo de investigación dirigido por el profesor asociado Andrew Bettiol y el equipo dirigido por el profesor asociado Goki Eda, ambos del Departamento de Física de NUS. El VB – El centro de defectos ópticos que, fue producido a través de los experimentos realizados por el equipo de investigación, muestra algunas propiedades interesantes cuando se expone a la energía de microondas. Este estudio fue publicado en la revista Advanced Optical Materials. .
Se utilizó una técnica espectroscópica conocida como resonancia magnética detectada ópticamente (ODMR) para detectar pequeños campos magnéticos en los experimentos. Esta técnica combina los principios de la resonancia magnética y la espectroscopia óptica para estudiar las propiedades de los materiales paramagnéticos y su interacción con la radiación electromagnética.
Primero, se utiliza un láser verde para excitar el VB – centro del defecto para que emita luz en una longitud de onda de alrededor de 810 nm, que se encuentra en la parte infrarroja cercana del espectro electromagnético. Luego se utiliza una antena de cobre para generar una frecuencia de microondas específica cerca de la muestra de hBN. Esta energía de microondas inicializa el defecto en un estado de giro que da como resultado la reducción de la intensidad de la luz emitida por el defecto. La frecuencia de microondas se sintoniza hasta que se detecta una caída en la intensidad de la luz. Esto sucedió aproximadamente a 3,48 GHz, donde se observó una doble caída en la intensidad de la fotoluminiscencia. Una vez que se encuentra la frecuencia de resonancia de microondas, el sensor está listo para usarse para detectar campos magnéticos.
El profesor Bettiol dijo:"Al utilizar esta propiedad única exhibida por hBN, un pequeño campo magnético que a veces ocurre en sistemas biológicos o en materiales magnéticos cambiará la frecuencia de resonancia y esto hará que se restablezca la emisión de luz del sensor. La emisión de luz desde el VB – El centro de defectos ópticos proporciona un medio para detectar ópticamente el campo magnético local."
El profesor Eda añadió:"hBN es un material versátil que se puede integrar fácilmente en dispositivos en chip. Nuestra demostración para crear defectos de giro en hBN con alta precisión es un paso importante hacia la realización de sensores magnéticos en chip".
Más información: Haidong Liang et al, Defectos de giro de alta sensibilidad en hBN creados por irradiación con haz de He de alta energía, Materiales ópticos avanzados (2022). DOI:10.1002/adom.202201941
Información de la revista: Materiales ópticos avanzados
Proporcionado por la Universidad Nacional de Singapur
