La détection quantique est utilisée pour dépasser les processus de détection modernes en appliquant la mécanique quantique à la conception et à l'ingénierie. Ces processus optimisés aideront à dépasser les limites actuelles dans des processus tels que l'étude de matériaux magnétiques ou l'étude d'échantillons biologiques. En bref, quantum est la prochaine frontière en matière de technologie de détection.

Pas plus tard qu'en 2019, des défauts de spin connus sous le nom de qubits ont été découverts dans des matériaux 2D (nitrure de bore hexagonal) qui pourraient amplifier le domaine de la détection quantique ultrafine. Ces scientifiques ont rencontré un problème dans leur découverte, ce qui a déclenché une course scientifique pour résoudre les problèmes. Leur sensibilité était limitée par leur faible luminosité et le faible contraste de leur signal de résonance magnétique. Il y a à peine deux semaines, le 9 août 2021, Physique de la nature a publié un article intitulé "les capteurs quantiques vont à plat, " où ils ont souligné les avantages et ont également souligné les lacunes actuelles de ce nouveau et passionnant moyen de détection via des qubits dans des matériaux 2D.

Une équipe de chercheurs de Purdue a relevé ce défi consistant à surmonter les lacunes du signal qubit dans son travail de développement de capteurs quantiques ultrafins avec des matériaux 2D. Leur parution en Lettres nano a été publié aujourd'hui, 2 septembre 2021, et ils ont résolu certains des problèmes critiques et ont donné de bien meilleurs résultats grâce à l'expérimentation.

Qu'ont-ils fait différemment ? Dr Tongcang Li, Professeur agrégé de physique et d'astronomie et de génie électrique et informatique, explique que le film d'or a contribué à cette percée.

« Dans notre travail, nous avons utilisé un film d'or pour augmenter la luminosité des qubits de spin jusqu'à 17 fois, " dit Li. " Le film d'or supporte le plasmon de surface qui peut accélérer l'émission de photons afin que nous puissions collecter plus de photons et donc plus de signaux. En outre, nous avons amélioré le contraste de leur signal de résonance magnétique d'un facteur 10 en optimisant la conception d'un guide d'onde hyperfréquence. Par conséquent, nous avons sensiblement amélioré la sensibilité de ces défauts de spin pour la détection de champ magnétique, température locale, et la pression locale."

Cette recherche a été entièrement menée à l'Université Purdue et a été menée en collaboration avec plusieurs départements. Les douze auteurs de cet article sont de l'Université Purdue :Xingyu Gao, Boyang Jiang, Andres E. Llacsahuanga Allcca, Kunhong Shen, Mohamed A. Sadi, Abhishek B. Solanki, Peng Ju, Zhujing Xu, Pramey Upadhyaya, Yong P. Chen, Sunil A. Bhave, et Tongcang Li. Le premier auteur, Xingyu Gao, est un étudiant diplômé travaillant dans le laboratoire de Li.

"Ce document est le résultat de la collaboration entre le professeur Sunil A. Bhave, le professeur Yong P. Chen, Pr Pramey Upadhyaya, et mon groupe de recherche, " dit Li. " L'atmosphère de collaboration à Purdue est cruciale pour que nous puissions produire ces résultats rapidement. "

Dans cette expérience, le groupe a appliqué un laser vert et une micro-onde sur ces qubits de spin dans un matériau 2D. Le matériau va alors émettre des photons de différentes couleurs (rouge et proche infrarouge) sous l'illumination d'un laser vert. Le taux d'émission de photons dépend du champ magnétique, Température, et la pression. Par conséquent, la luminosité de ces qubits de spin changera lorsque le champ magnétique, Température, ou des changements de pression. Ainsi, ils ont pu mesurer avec précision le champ magnétique avec une sensibilité élevée.

À l'avenir, le groupe prévoit d'utiliser ces qubits de spin pour étudier de nouveaux matériaux. Ils espèrent également améliorer encore le signal afin qu'un seul qubit de spin dans un matériau 2D puisse être utilisé pour la détection quantique avec une sensibilité et une résolution sans précédent.