二维材料可在室温下保存量子信息

2024-05-22 14:54:15     来源:科技日报

英国剑桥大学卡文迪许实验室科学家首次发现,层状二维材料六方氮化硼(hBN)中的“单原子缺陷”可以将量子信息在室温下保留几微秒。相关论文发表在《自然·材料》杂志上。这一发现意义重大,因为能够在环境条件(室温)下拥有量子性质的材料十分罕见,此次发现还凸显了二维材料在推进量子技术方面的潜力。

用共焦显微镜研究了六方氮化硼中的单自旋。艺术示意图展示的是物镜用线圈将激光聚焦在样品上以进行自旋微波控制。

图片来源:埃莉诺·尼科尔斯/剑桥大学卡文迪许实验室

在hBN中,单一的“原子缺陷”在环境条件下表现出自旋相干,并且这些自旋可以用光来控制。自旋相干性指的是一种电子自旋,能够随时间推移保留量子信息。

此次研究结果显示,如果将特定的量子态信息传输到电子自旋上,这些信息就会被存储约百万分之一秒,这使该系统成为一个非常有前途的量子应用平台。虽然百万分之一秒很短,但难得的是这个系统不需要特殊条件,就可在室温下存储自旋量子态。

hBN是一种超薄材料,由堆叠在一起的单原子层组成。这些层通过分子间作用力结合在一起。但有时,在这些层内部会存在“原子缺陷”。就像困在晶体中的分子一样,这些缺陷可以吸收和发射可见光范围内的光,具有光学跃迁,并且可以充当电子的局部陷阱。由于hBN中的这些“原子缺陷”,科学家现在可以研究这些被捕获电子的行为,如电子的自旋特性,这种特性允许电子与磁场相互作用。真正令人兴奋的是,研究人员可以在室温下利用这些缺陷中的光来控制和操纵电子自旋。

这一发现为未来的技术应用铺平了道路,特别是在传感技术方面。


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