Investigadores del Laboratorio Cavendish han identificado la coherencia de espín en defectos atómicos dentro del nitruro de boro hexagonal (hBN) en condiciones ambientales, un logro poco común en materiales cuánticos. El estudio, publicado en Nature Materials, destaca que estos espines pueden controlarse con luz y tienen implicaciones prometedoras para futuras tecnologías cuánticas, incluida la detección y las comunicaciones seguras. Los hallazgos también enfatizan la necesidad de realizar más exploraciones para mejorar la confiabilidad de los defectos y extender los tiempos de almacenamiento de espín, lo que subraya el potencial de hBN en el avance de las aplicaciones tecnológicas cuánticas. Crédito: Eleanor Nichols, Laboratorio Cavendish
Los científicos del Laboratorio Cavendish han descubierto la coherencia de espín en el nitruro de boro hexagonal (hBN) en condiciones normales, lo que ofrece nuevas perspectivas para las aplicaciones de la tecnología cuántica.
Los científicos del Laboratorio Cavendish han descubierto que un único “defecto atómico” en un material conocido como nitruro de boro hexagonal (hBN) mantiene la coherencia del espín a temperatura ambiente y puede manipularse con luz.
La coherencia del espín se refiere a que un espín electrónico es capaz de retener información cuántica a lo largo del tiempo. El descubrimiento es importante porque los materiales que pueden albergar propiedades cuánticas en condiciones ambientales son bastante raros.
Los hallazgos publicados en Materiales de la naturaleza, confirman además que la coherencia de espín accesible a temperatura ambiente es más larga de lo que los investigadores inicialmente imaginaron que podría ser. “Los resultados muestran que una vez que escribimos un cierto estado cuántico en el espín de estos electrones, esta información se almacena durante ~1 millonésima de segundo, lo que convierte a este sistema en una plataforma muy prometedora para aplicaciones cuánticas”, dijo Carmem M. Gilardoni, co -autor del artículo y becario postdoctoral Rubicon en el Laboratorio Cavendish.
“Esto puede parecer corto, pero lo interesante es que este sistema no requiere condiciones especiales: puede almacenar el estado cuántico de espín incluso a temperatura ambiente y sin necesidad de imanes grandes”.
Características del nitruro de boro hexagonal
El nitruro de boro hexagonal (hBN) es un material ultrafino formado por capas apiladas de un átomo de espesor, algo así como hojas de papel. Estas capas se mantienen unidas por fuerzas entre moléculas. Pero a veces hay “defectos atómicos” dentro de estas capas, similares a un cristal con moléculas atrapadas en su interior. Estos defectos pueden absorber y emitir luz en el rango visible con transiciones ópticas bien definidas y pueden actuar como trampas locales para electrones. Debido a estos “defectos atómicos” dentro del hBN, los científicos ahora pueden estudiar cómo se comportan estos electrones atrapados. Pueden estudiar la propiedad del espín, que permite a los electrones interactuar con campos magnéticos. Lo realmente interesante es que los investigadores pueden controlar y manipular los espines de los electrones utilizando luz dentro de estos defectos a temperatura ambiente.
Este hallazgo allana el camino para futuras aplicaciones tecnológicas, particularmente en tecnología de detección.
Sin embargo, dado que esta es la primera vez que alguien informa sobre la coherencia de giro del sistema, hay mucho que investigar antes de que esté lo suficientemente maduro para aplicaciones tecnológicas. Los científicos todavía están descubriendo cómo hacer que estos defectos sean aún mejores y más fiables. Actualmente están investigando hasta qué punto podemos extender el tiempo de almacenamiento del espín y si podemos optimizar los parámetros del sistema y del material que son importantes para las aplicaciones de tecnología cuántica, como la estabilidad del defecto en el tiempo y la calidad de la luz emitida por este defecto.
Perspectivas futuras y observaciones finales
“Trabajar con este sistema nos ha resaltado el poder de la investigación fundamental de materiales. En cuanto al sistema hBN, como campo podemos aprovechar la dinámica del estado excitado en otras plataformas de materiales nuevos para su uso en futuras tecnologías cuánticas”, dijo la Dra. Hannah Stern, primera autora del artículo, quien realizó esta investigación en el Laboratorio Cavendish y es Ahora es investigador de la Royal Society University y profesor en la Universidad de Manchester.
En el futuro, los investigadores pretenden seguir desarrollando el sistema, explorando muchas direcciones diferentes, desde sensores cuánticos hasta comunicaciones seguras.
“Cada nuevo sistema prometedor ampliará el conjunto de herramientas de materiales disponibles, y cada nuevo paso en esta dirección promoverá la implementación escalable de tecnologías cuánticas. Estos resultados corroboran la promesa de los materiales en capas para lograr estos objetivos”, concluyó el profesor Mete Atatüre, director del Laboratorio Cavendish, quien dirigió el proyecto.
Referencia: “Un giro coherente cuántico en nitruro de boro hexagonal en condiciones ambientales” por Hannah L. Stern, Carmem M. Gilardoni, Qiushi Gu, Simone Eizagirre Barker, Oliver FJ Powell, Xiaoxi Deng, Stephanie A. Fraser, Louis Follet, Chi Li , Andrew J. Ramsay, Hark Hoe Tan, Igor Aharonovich y Mete Attachment, 20 de mayo de 2024, Nature Materials.
DOI: 10.1038/s41563-024-01887-z
2024-05-26 18:43:42
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