科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn),層狀二維材料六方氮化硼(hBN)中的“單原子缺陷”可以將量子信息在室溫下保留幾微秒。相關(guān)論文發(fā)表在《自然·材料》雜志上。這一發(fā)現(xiàn)意義重大,因?yàn)槟軌蛟诃h(huán)境條件(室溫)下?lián)碛辛孔有再|(zhì)的材料十分罕見(jiàn),此次發(fā)現(xiàn)還凸顯了二維材料在推進(jìn)量子技術(shù)方面的潛力。
用共焦顯微鏡研究了六方氮化硼中的單自旋。藝術(shù)示意圖展示的是物鏡用線圈將激光聚焦在樣品上以進(jìn)行自旋微波控制。
圖片來(lái)源:埃莉諾·尼科爾斯/劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室
在hBN中,單一的“原子缺陷”在環(huán)境條件下表現(xiàn)出自旋相干,并且這些自旋可以用光來(lái)控制。自旋相干性指的是一種電子自旋,能夠隨時(shí)間推移保留量子信息。
此次研究結(jié)果顯示,如果將特定的量子態(tài)信息傳輸?shù)诫娮幼孕?,這些信息就會(huì)被存儲(chǔ)約百萬(wàn)分之一秒,這使該系統(tǒng)成為一個(gè)非常有前途的量子應(yīng)用平臺(tái)。雖然百萬(wàn)分之一秒很短,但難得的是這個(gè)系統(tǒng)不需要特殊條件,就可在室溫下存儲(chǔ)自旋量子態(tài)。
hBN是一種超薄材料,由堆疊在一起的單原子層組成。這些層通過(guò)分子間作用力結(jié)合在一起。但有時(shí),在這些層內(nèi)部會(huì)存在“原子缺陷”。就像困在晶體中的分子一樣,這些缺陷可以吸收和發(fā)射可見(jiàn)光范圍內(nèi)的光,具有光學(xué)躍遷,并且可以充當(dāng)電子的局部陷阱。由于hBN中的這些“原子缺陷”,科學(xué)家現(xiàn)在可以研究這些被捕獲電子的行為,如電子的自旋特性,這種特性允許電子與磁場(chǎng)相互作用。真正令人興奮的是,研究人員可以在室溫下利用這些缺陷中的光來(lái)控制和操縱電子自旋。
這一發(fā)現(xiàn)為未來(lái)的技術(shù)應(yīng)用鋪平了道路,特別是在傳感技術(shù)方面。