hexagonales Bornitrid (hBN) könnte möglicherweise Diamant für die Quantensensorik ersetzen

Bewegen Sie sich über den Diamanten.

Aufgrund seiner kohärenten Stickstoff-Leerstellenzentren, seines kontrollierten Spins, seiner Empfindlichkeit gegenüber Magnetfeldern und seiner Fähigkeit, bei Raumtemperatur eingesetzt zu werden, ist Diamant seit langem das bevorzugte Material für die Quantensensorik. Es besteht kein großes Interesse an der Erforschung von Diamantersatzstoffen, da ein solches geeignetes Material einfach herzustellen und zu skalieren ist. Allerdings ist Diamant nicht ideal für die Erforschung von Quantensensoren und Informationsverarbeitung. Wenn Diamanten zu klein werden, beginnt der superstabile Defekt, für den er bekannt ist, zu bröckeln. Es gibt eine Grenze, ab der ein Diamant unbrauchbar wird.

hexagonales Bornitrid (hBN) hat in letzter Zeit als Spindefekte für die Quanteninformationsverarbeitung und Quantensensorik durch ein Schichtmaterial an Interesse gewonnen. Allerdings kann die Bor-Leerstelle in mehreren Ladungszuständen im hBN-Gitter existieren, aber nur der −1-Zustand weist spinabhängige Photolumineszenz auf und fungiert als Spin-Photonen-Grenzfläche.

Die Erkennung und Untersuchung der anderen Ladezustände gestaltete sich bislang schwierig. Dies gab Anlass zur Sorge, da der Ladungszustand instabil ist und zwischen den Zuständen -1 und 0 schwanken kann, was für Umgebungen für Quantensensoren und -geräte charakteristisch ist.

In einer neuen Studie haben Wissenschaftler von TMOS, dem ARC Center of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems, eine Methode zur Stabilisierung des –1-Zustands und einen neuen experimentellen Ansatz zur Untersuchung der Ladungszustände von Defekten entwickelt, die optische Anregung und gleichzeitige Elektronen enthalten Strahlenbestrahlung.

Ihre Studie hat gezeigt, dass hBN Diamant als bevorzugtes Material für die Quantensensorik und Informationsverarbeitung ersetzen könnte. Den Wissenschaftlern gelang es, die atomaren Defekte, die diesen Anwendungen zugrunde liegen, zu stabilisieren, was zu 2D-hBN-Schichten führte, die in Geräte integriert werden konnten, wo Diamanten nicht möglich sind.

Wissenschaftler haben dieses Material charakterisiert und mehrere ungewöhnliche und faszinierende Merkmale entdeckt, doch die Forschung zu hBN steckt noch in den Kinderschuhen.

Co-Hauptautor Dominic Scognamiglio sagt: „Es gibt keine anderen Veröffentlichungen zum Wechseln des Ladungszustands, zur Manipulation oder zur Stabilität von Bor-Leerstellen, weshalb wir den ersten Schritt unternehmen, um diese Literaturlücke zu schließen und dieses Material besser zu verstehen.“

Chefforscher Milos Toth sagt: „Die nächste Phase dieser Forschung wird sich auf Pump-Probe-Messungen konzentrieren, die es uns ermöglichen werden, Defekte in hBN für Anwendungen in der Sensorik und der integrierten Quantenphotonik zu optimieren.“

Wissenschaftler entwickelten einen neuen Versuchsaufbau, der ein konfokales Photolumineszenzmikroskop mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) kombinierte, um die Bor-Fehlstellendefekte in hBN zu analysieren. Dadurch konnten sie mithilfe eines Elektronenstrahls und elektrischer Mikroschaltungen den Defekt messen und die Ladungszustände von Bor-Fehlstellendefekten steuern.

Co-Hauptautor Angus Gale sagt: „Der Ansatz ist neuartig. Dadurch können wir den Laser auf einzelne Bildfehler in hBN fokussieren, während diese mithilfe elektronischer Schaltkreise und eines Elektronenstrahls manipuliert werden. Diese Modifikation des Mikroskops ist einzigartig; Es war unglaublich nützlich und hat unseren Arbeitsablauf erheblich optimiert.“

Zeitschriftenreferenz: