Les capteurs quantiques détectent les plus petits changements environnementaux, par exemple la réaction d'un atome à un champ magnétique. À mesure que ces capteurs « lisent » les comportements uniques des particules subatomiques, ils améliorent également considérablement la capacité des scientifiques à mesurer et à détecter les changements dans notre environnement au sens large.
La surveillance de ces minuscules changements donne lieu à un large éventail d'applications :de l'amélioration de la navigation et de la prévision des catastrophes naturelles à l'imagerie médicale plus intelligente et à la détection de biomarqueurs de maladies, en passant par la détection des ondes gravitationnelles et une communication quantique encore meilleure pour un partage sécurisé des données.
Les physiciens de Georgia Tech mettent au point de nouvelles plates-formes de détection quantique pour contribuer à ces efforts. La dernière étude de l'équipe de recherche, "Détection des excitations des ondes de spin par des défauts de spin dans du nitrure de bore hexagonal épais à quelques couches" a été publiée dans Science Advances. cette semaine.
L'équipe de recherche comprend les professeurs adjoints de l'École de physique Chunhui (Rita) Du et Hailong Wang (auteurs correspondants) aux côtés d'autres chercheurs de Georgia Tech Jingcheng Zhou, Mengqi Huang, Faris Al-matouq, Jiu Chang, Dziga Djugba et le professeur Zhigang Jiang et leurs collaborateurs. .
La nouvelle recherche étudie la détection quantique en exploitant les centres de couleur :de petits défauts dans les cristaux (l'équipe de Du utilise des diamants et d'autres matériaux en couches 2D) qui permettent à la lumière d'être absorbée et émise, ce qui confère également au cristal des propriétés électroniques uniques.
En intégrant ces centres de couleur dans un matériau appelé nitrure de bore hexagonal (hBN), l'équipe espérait créer un capteur quantique extrêmement sensible, une nouvelle ressource pour développer des dispositifs de détection transformateurs de nouvelle génération.
Pour sa part, le hBN est particulièrement intéressant pour la détection quantique et l'informatique, car il pourrait contenir des défauts pouvant être manipulés avec la lumière, également appelés « qubits de spin optiquement actifs ».
Les défauts de spin quantique dans le hBN sont également très sensibles magnétiquement et permettent aux scientifiques de « voir » ou de « sentir » plus en détail que les autres techniques conventionnelles. De plus, la structure en forme de feuille du hBN est compatible avec des outils ultra-sensibles tels que les nanodispositifs, ce qui en fait une ressource d'investigation particulièrement intrigante.
Les recherches de l'équipe ont abouti à une avancée cruciale dans la détection des ondes de spin, explique Du, expliquant que "dans cette étude, nous avons pu détecter des excitations de spin qui étaient tout simplement inaccessibles dans les études précédentes".
La détection des ondes de spin est un élément fondamental de la détection quantique, car ces phénomènes peuvent se propager sur de longues distances, ce qui en fait un candidat idéal pour le contrôle, la communication et le traitement de l'information économes en énergie.
"Pour la première fois, nous avons démontré expérimentalement la détection quantique bidimensionnelle de Van der Waals, en utilisant du hBN à quelques couches d'épaisseur dans un environnement réel", explique Du, soulignant le potentiel du matériau pour une détection quantique précise. "Des recherches plus approfondies pourraient permettre de détecter des caractéristiques électromagnétiques à l'échelle atomique en utilisant des centres de couleur dans de fines couches de hBN."
Plus d'informations : Jingcheng Zhou et al, Détection des excitations des ondes de spin par des défauts de spin dans du nitrure de bore hexagonal de quelques couches d'épaisseur, Science Advances (2024). DOI :10.1126/sciadv.adk8495
Informations sur le journal : Progrès scientifiques
Fourni par l'Institut de technologie de Géorgie
