Ученые из РФ и Германии приблизили создание квантовых технологий: исследование

Совместный проект российских и немецких учёных в области фундаментальных исследований привёл к открытию новых аспектов изучения спиновых взаимодействий в двумерных материалах. Министерство науки и высшего образования Российской Федерации предоставило результаты данного исследования, которые указывают на значительный потенциал этих открытий для разработки инновационных квантовых сенсоров, вычислительных систем и технологий связи на основе спинтроники.

Двумерные материалы представляют собой кристаллические структуры, состоящие из нескольких атомных слоёв, где атомы связаны прочными ковалентными связями, а взаимодействие между слоями характеризуется меньшей интенсивностью. Особое внимание исследователей привлёк гексагональный нитрид бора (hBN), также известный как «белый графен». В данном материале учёные обнаружили дефект в виде отрицательно заряженной вакансии бора (VB-), который обладает триплетным электронным спиновым состоянием и рекордной степенью оптической поляризации — почти 100% при комнатной температуре.

Исследователи проанализировали взаимодействие дефекта VB с удалёнными ядерными магнитными моментами, что позволило выявить и детально изучить ядерные спины на значительных расстояниях от центра дефекта. Были подробно описаны механизмы связи между электронными и ядерными спинами, что открывает перспективы для разработки высокочувствительных сенсоров и спин-фотонных интерфейсов.

Для проведения экспериментов использовались методы импульсной спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и двойного электронно-ядерного резонанса (ДЭЯР) на частоте 94 ГГц, а также квантово-химические расчёты. Эти методы обеспечили точное определение местоположения удалённых ядерных спинов атомов азота и характера их взаимодействия с дефектом VB.

Результаты исследования имеют фундаментальное значение для создания сверхчувствительных сенсоров, способных детектировать отдельные спины. Кроме того, они важны для разработки спин-фотонных интерфейсов и квантовых вычислительных систем. Эти технологии могут найти применение в различных областях, таких как биомедицина, материаловедение и квантовая информатика, что делает их перспективными для дальнейших исследований и практического внедрения, пишет monavista.