Les scientifiques ont découvert qu'un « seul défaut atomique » dans un matériau 2D en couches peut conserver des informations quantiques pendant des microsecondes à température ambiante, soulignant le potentiel des matériaux 2D dans l'avancement des technologies quantiques.
Le défaut, découvert par des chercheurs des universités de Manchester et de Cambridge à l'aide d'un matériau mince appelé nitrure de bore hexagonal (hBN), démontre la cohérence de spin, une propriété par laquelle un spin électronique peut retenir des informations quantiques, dans des conditions ambiantes. Ils ont également découvert que ces rotations peuvent être contrôlées avec la lumière.
Jusqu'à présent, seuls quelques matériaux à l'état solide étaient capables de faire cela, ce qui marque une avancée significative dans les technologies quantiques.
Les résultats, publiés dans Nature Materials , confirment en outre que la cohérence de spin accessible à température ambiante est plus longue que ce que les chercheurs avaient initialement imaginé.
Carmem M. Gilardoni, co-auteur de l'article et chercheur postdoctoral au Laboratoire Cavendish de l'Université de Cambridge, où la recherche a été menée, a déclaré :« Les résultats montrent qu'une fois que nous écrivons un certain état quantique sur le spin de ces électrons, ces informations sont stockées pendant environ 1 millionième de seconde, faisant de ce système une plate-forme très prometteuse pour les applications quantiques.
"Cela peut paraître court, mais ce qui est intéressant est que ce système ne nécessite pas de conditions particulières :il peut stocker l'état quantique de spin même à température ambiante et sans nécessiter de gros aimants."
Le nitrure de bore hexagonal (hBN) est un matériau ultra-fin composé de couches empilées d’un atome d’épaisseur, un peu comme des feuilles de papier. Ces couches sont maintenues ensemble par les forces entre les molécules, mais parfois, il existe de minuscules défauts entre ces couches appelés « défauts atomiques », semblables à un cristal dans lequel des molécules sont piégées. Ces défauts peuvent absorber et émettre de la lumière que nous pouvons voir, et ils peuvent également agir comme des pièges locaux pour les électrons.
Grâce aux défauts du hBN, les scientifiques peuvent désormais étudier le comportement de ces électrons piégés, en particulier la propriété de spin, qui permet aux électrons d'interagir avec les champs magnétiques. Ils peuvent également contrôler et manipuler les spins électroniques en utilisant la lumière présente dans ces défauts à température ambiante, ce qui n'a jamais été fait auparavant.
Le Dr Hannah Stern, première auteure de l'article et chargée de recherche et chargée de cours à l'Université de la Royal Society, a déclaré :« Travailler avec ce système nous a mis en évidence la puissance de l'investigation fondamentale de nouveaux matériaux. Quant au système hBN , en tant que domaine, nous pouvons exploiter la dynamique des états excités dans d'autres nouvelles plates-formes matérielles pour les utiliser dans les futures technologies quantiques.
"Chaque nouveau système prometteur élargira la boîte à outils des matériaux disponibles, et chaque nouvelle étape dans cette direction fera progresser la mise en œuvre évolutive des technologies quantiques."
Le professeur Richard Curry a ajouté :« La recherche sur les matériaux pour les technologies quantiques est essentielle pour soutenir les ambitions du Royaume-Uni dans ce domaine. Ce travail représente une autre avancée majeure d'un chercheur de l'Université de Manchester dans le domaine des matériaux pour les technologies quantiques, renforçant ainsi l'influence internationale. impact de notre travail dans ce domaine."
Bien qu'il y ait beaucoup à étudier avant qu'elle ne soit suffisamment mature pour des applications technologiques, cette découverte ouvre la voie à de futures applications technologiques, en particulier dans la technologie de détection.
Les scientifiques cherchent encore comment rendre ces défauts encore meilleurs et plus fiables et étudient actuellement jusqu'où ils peuvent prolonger la durée de stockage par rotation. Ils étudient également s'ils peuvent optimiser les paramètres du système et des matériaux qui sont importants pour les applications de la technologie quantique, tels que la stabilité des défauts dans le temps et la qualité de la lumière émise par ce défaut.
