КАЗАНЬ, 6 августа. /ТАСС/. Российские ученые совместно с исследователями из Германии провели эксперимент, который расширяет понимание спиновых взаимодействий в двумерных материалах. Полученные результаты могут стать основой для создания нового поколения квантовых устройств, сообщили ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ.
Исследование основано на изучении оптически поляризуемых спиновых состояний дефектов в твердотельных кристаллах, на основе которых создаются высокочувствительные квантовые сенсоры, вычислительные устройства и системы квантовой связи. Ранее основное внимание в этой области было сосредоточено на трехмерных кристаллах, таких как алмаз или карбид кремния, однако в последние годы на первый план выходят двумерные материалы, уникальность которых состоит в том, что они образованы из двумерных слоев, атомы в них связаны прочными ковалентными связями, в то время как сами слои - слабыми силами.
"Одним из самых перспективных представителей этой группы является гексагональный нитрид бора (hBN), называемый еще "белым графеном" благодаря своей кристаллографической схожести с классическим графеном. Уникальной возможностью для квантовых технологий оказалось открытие в этом материале такого дефекта, как отрицательно заряженная вакансия бора (VB-) - отсутствующий атом бора в двумерной плоскости гибридизованных атомов азота и бора. Данный дефект обладает триплетным электронным спиновым состоянием, демонстрирует рекордно высокую степень оптически индуцированной спиновой поляризации, близкую к 100%, при комнатной температуре", - цитирует пресс-служба научного сотрудника НИЛ "Перспективные платформы для спиновых квантовых манипуляций" Фадиса Мурзаханова.
В исследовании приняли участие ученые Института физики Казанского федерального университета совместно с коллегами из Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук, Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН, а также Падерборнского университета в Германии. Целью работы стало расширение понимания спиновых взаимодействий VB-дефекта с удаленными ядерными магнитными моментами. Ученые продемонстрировали возможность детектирования и спектроскопического анализа ядерных спинов, удаленных от центра дефекта на значительное расстояние, и охарактеризовали природу их взаимодействий с электронным спином вакансии.
Исследование проводилось с использованием импульсной спектроскопии электронного парамагнитного резонанса и двойного электронно-ядерного резонанса на частоте 94 ГГц, а также дополненных квантово-химических расчетов. Ученые смогли точно локализовать удаленные ядерные спины атомов азота и описать их взаимодействие с электронным спином дефекта.
Отмечается, что результаты исследования закладывают фундамент к созданию нового поколения квантовых устройств - от миниатюрных датчиков, способных детектировать одиночные центры или спины, до сложных вычислительных платформ и спин-фотонных интерфейсов, что найдет свое применение в биомедицинской диагностике, исследованиях новых материалов и разработке квантовых компьютеров. Кроме того, по словам Мурзаханова, проделанная работа обеспечивает понимание спиновых взаимодействий на дальних расстояниях в атомарно тонких системах, что важно с фундаментальной и практической точек зрения.