Outre la charge, les particules subatomiques comme les électrons portent également une propriété appelée spin, qui est responsable du magnétisme. De nouvelles propositions d'utilisation du spin pour stocker des informations ont émergé ces dernières années avec la promesse d'être plus économes en énergie et d'apporter de nouvelles fonctionnalités aux dispositifs de communication et de détection. Pour son doctorat. recherche, Adonai Rodrigues Da Cruz a étudié la dynamique de spin plus en détail en utilisant la théorie et des simulations numériques. Il a soutenu sa thèse au département de physique appliquée le 3 mai.

Défauts de rotation

La capacité de contrôler des états quantiques uniques est cruciale pour le développement de nouvelles technologies quantiques pour les futurs dispositifs de communication, de détection et de traitement de l'information. Ces dernières années, un certain nombre de nouvelles façons d'utiliser le spin des électrons pour stocker des informations numériques dans de telles technologies quantiques ont été proposées.

L'utilisation de défauts dans les matériaux semi-conducteurs porteurs de spin (appelés défauts de spin) a été promue en tant que matériaux pour créer des bits quantiques, le composant clé de toute technologie quantique.

Les capteurs basés sur les défauts de spin, tels que le centre de lacune d'azote (NV) dans le diamant, sont déjà disponibles dans le commerce et sont devenus la nouvelle technologie la plus intéressante pour les mesures magnétiques à l'échelle nanométrique. En contrôlant et en interrogeant l'état de spin de ce défaut cristallin, les chercheurs ont pu mesurer des champs magnétiques extrêmement petits, et ainsi étudier plus en détail les propriétés de nouveaux matériaux.

Comprendre les effets orbitaux

Jusqu'à présent, les études expérimentales et théoriques sur les défauts uniques dans les semi-conducteurs se sont davantage concentrées sur la partie spin et ont largement négligé la contribution orbitale aux propriétés locales autour des défauts.

Pour son doctorat. recherche, Adonai Rodrigues Da Cruz a cherché à mieux comprendre les effets orbitaux. Cet aperçu a été fourni par le développement de formalismes théoriques pour décrire les courants circulants dans différents matériaux. À l'aide de simulations numériques et d'expressions analytiques de la propagation des électrons dans les semi-conducteurs bidimensionnels, il a prédit avec précision la distribution des nano-courants en fonction de l'environnement.

Des champs magnétiques de frange peuvent être générés par les courants circulant autour de défauts de spin uniques situés à l'intérieur des semi-conducteurs. L'une des principales conclusions des recherches de Da Cruz est que l'amplitude et les dimensions spatiales du champ magnétique marginal se situent dans la plage de sensibilité souhaitée des sondes actuelles à base de NV. Par conséquent, un capteur NV à balayage pourrait être utilisé comme sonde directe du magnétisme orbital interne associé à des défauts uniques.

Les travaux de Da Cruz suggèrent également que les caractéristiques spatiales des courants peuvent être fortement ajustées par déclenchement externe, ouvrant la possibilité de contrôler électriquement les couplages de spin à courte distance, ce qui est essentiel pour la porte d'enchevêtrement quantique, une opération importante en informatique quantique. + Explorer plus loin

Un matériau bidimensionnel pourrait stocker des informations quantiques à température ambiante