اپتیک و کوانتوم

نظارت بر این تغییرات کوچک منجر به طیف گسترده ای از کاربردها می شود - از بهبود ناوبری و پیش بینی بلایای طبیعی گرفته تا تصویربرداری پزشکی هوشمندتر و شناسایی نشانگرهای زیستی بیماری، تشخیص امواج گرانشی و حتی ارتباطات کوانتومی بهتر برای به اشتراک گذاری داده های امن.

فیزیکدانان جورجیا تک برای کمک به این تلاش ها، پلتفرم های جدید حسگری کوانتومی را پیش بینی می کنند. پژوهش جدید آنها حسگری کوانتومی را با استفاده از مراکز رنگ بررسی می‌کند - نقص‌های کوچک درون کریستال‌ها (تیم Du از الماس و دیگر مواد لایه‌ای دوبعدی استفاده می‌کنند) که اجازه جذب و گسیل نور را می‌دهد، که همچنین به کریستال خواص الکترونیکی منحصربه‌فردی می‌دهد. با تعبیه این مراکز رنگی در ماده ای به نام نیترید بور شش ضلعی (hBN)، تیم امیدوار بود که یک حسگر کوانتومی بسیار حساس ایجاد کند که می تواند منبعی جدید برای توسعه نسل بعدی دستگاه های حسگری متحول کننده باشد.

hBN به ویژه برای حسگری و محاسبات کوانتومی جذاب است زیرا می‌تواند حاوی نقص‌هایی باشد که می‌توان با نور دستکاری کرد – همچنین به عنوان «کیوبیت‌های چرخشی فعال نوری» شناخته می‌شود. نقص‌های اسپین کوانتومی در hBN نیز از نظر مغناطیسی بسیار حساس هستند و به دانشمندان این امکان را می‌دهند که با جزئیات بیشتری نسبت به سایر تکنیک‌های مرسوم آشکارسازی و حسگری کنند. علاوه بر این، ساختار ورقه مانند hBN با ابزارهای فوق حساس مانند نانودستگاه ها سازگار است و آن را به منبعی جذاب برای بررسی تبدیل می کند. دو ( Du) می‌گوید که تحقیقات این تیم منجر به پیشرفتی حیاتی در حسگری امواج-اسپین شده است و توضیح می‌دهد که «در این مطالعه، ما توانستیم تحریک‌های اسپینی را که در مطالعات قبلی به سادگی غیرقابل دستیابی بودند، شناسایی کنیم.» تشخیص امواج-اسپین یکی از اجزای اساسی حسگری کوانتومی است، زیرا این پدیده ها می توانند مسافت های طولانی را طی کنند و آنها را به یک کاندیدای ایده آل برای کنترل اطلاعات، ارتباطات و پردازش کارآمد تبدیل می کند. دو توضیح می دهد: "برای اولین بار، ما به طور تجربی حسگری کوانتومی واندروالس دو بعدی را با استفاده از hBN ضخیم چند لایه در یک محیط واقعی نشان دادیم." تحقیقات بیشتر می‌تواند حسگری ویژگی‌های الکترومغناطیسی را در مقیاس اتمی با استفاده از مراکز رنگ در لایه‌های نازک hBN ممکن کند.

Jingcheng Zhou et al, Sensing spin wave excitations by spin defects in few-layer-thick hexagonal boron nitride, Science Advances (2024)