Pinahusay na mga materyales para sa teknolohiya ng kabuuan ng sensor

Ang representasyon ng iskema ng magkakaugnay na kontrol ng depekto ng paikutin (pula) sa layer ng atomic ng boron nitride. Ang boron nitride ay binubuo ng boron (dilaw na spheres) at nitrogen (asul na spheres) at namamalagi sa strip. Ang depekto ng spin ay nasasabik sa pamamagitan ng isang laser, at ang kundisyon na ito ay nababasa ng photoluminescence. Ang qubit ay maaaring kontrolado pareho sa pamamagitan ng mga pulso ng microwave (light blue) ng isang strip, at sa pamamagitan ng isang magnetic field. May-akda: Andreas Gottschol / University of Würzburg

Ang isang pangkat sa pagsasaliksik sa internasyonal ay nagtagumpay sa pagpapabuti ng mga materyales para sa teknolohiya ng kabuuan ng sensor. Ang gamot, nabigasyon at IT ay maaaring makinabang dito sa hinaharap.

Ang Boron nitride ay isang kagiliw-giliw na materyal na teknolohikal sapagkat ito ay napaka tugma sa iba pang mga dalawang-dimensional na mala-kristal na istraktura. Samakatuwid, binubuksan nito ang daan patungo sa mga artipisyal na heterostruktura o elektronikong aparato na naka-built sa kanila na may pangunahing mga katangian.

Mga isang taon na ang nakakalipas, isang koponan mula sa Julius-Maximilian-University Institute of Physics (JMU) sa Würzburg sa Bavaria, Alemanya, ay pinamamahalaang lumikha ng mga depekto sa pagikot, na kilala rin bilang qubits, sa isang multilayer boron nitride crystal at nakita silang eksperimento.

Kamakailan lamang, isang koponan na pinangunahan ni Propesor Vladimir Deacon, ang kanyang nagtapos na mag-aaral na si Andreas Gottschol, at ang pinuno ng grupo, si Dr. Andreas Sperlich, ay nagawang gumawa ng isang mahalagang susunod na hakbang: pinagsama ang pagkontrol sa naturang mga depekto sa likod at maging sa temperatura ng kuwarto. Iniulat ng mga mananaliksik ang kanilang mga resulta sa isang kahanga-hangang journal Mga pagsulong sa agham. Sa kabila ng pandemik, ang gawain ay isinagawa sa isang masinsinang pakikipagtulungan sa internasyonal sa mga pangkat mula sa Teknikal na Unibersidad ng Sydney sa Australia at Unibersidad ng Trent sa Canada.

Istraktura ng metallic graphene boron nitride molybdenum disulfide

Plano ng mga mananaliksik ng JMU na ipatupad ang isang kumplikadong istraktura. Ito ay binubuo ng metal graphene (ilalim), insulated boron nitride (gitna) at semiconductor molybdenum disulfide (itaas). Ang pulang tuldok ay sumisimbolo ng isang solong depekto sa pagikot sa isa sa mga layer ng boron nitride. Ang depekto ay maaaring magsilbing isang lokal na pagsisiyasat sa stacking. May-akda: Andreas Gottschol / University of Würzburg

Ang pagsukat ng mga lokal na larangan ng electromagnetic ay mas tumpak

“Inaasahan namin na ang mga materyales na may kinokontrol na mga depekto sa pagikot ay gagawing posible na gumawa ng mas tumpak na mga sukat ng mga lokal na larangan ng electromagnetic sa sandaling magamit ito sa sensor,” paliwanag ni Vladimir Dekonov, “at ito ay dahil ang mga ito, ayon sa kahulugan, sa hangganan sa labas ng mundo. “Ang mga posibleng lugar ng aplikasyon ay ang pagpapakita sa gamot, pag-navigate, saanman kinakailangan ang pagsukat na hindi contact ng mga larangan ng electromagnetic, o sa teknolohiya ng impormasyon.

“Ang paghahanap ng komunidad ng pananaliksik para sa pinakamahusay na materyal para dito ay hindi pa kumpleto, ngunit maraming mga potensyal na kandidato,” dagdag ni Andreas Sperlich. “Naniniwala kami na nakakita kami ng isang bagong kandidato na nakatayo kasama ang kanyang flat geometry na nag-aalok ng mas mahusay na mga pagkakataon sa pagsasama sa electronics.”

Ang mga hadlang sa oras ng pagkakaugnay-ugnay ng pag-ikot ay na-distort

Ang lahat ng mga eksperimento na sensitibo sa paikut na may boron nitride ay isinagawa sa JMU. “Nasusukat namin ang katangian ng oras ng pagkakapare-pareho ng pag-ikot, natukoy ang kanilang mga hangganan, at kahit tuso na nalampasan ang mga hangganan na iyon,” sabi ni Andreas Gottschol, isang nagtapos na mag-aaral at unang may-akda ng publication. Ang kaalaman sa mga oras ng pag-uugnay ng pag-ikot ay kinakailangan upang masuri ang potensyal ng mga depekto sa pagikot para sa mga application ng kabuuan, at ang mahabang oras ng pagkakaugnay ay lubos na kanais-nais dahil bilang isang resulta nais mong magsagawa ng mga kumplikadong manipulasyon.

Ipinaliwanag ni Gottschol ang prinsipyong ito sa isang pinasimple na paraan: “Isipin ang isang gyroscope na umiikot sa axis nito. Napatunayan namin na ang gayong mga mini gyroscope ay umiiral sa isang layer ng boron nitride. At ngayon ay ipinakita namin kung paano makontrol ang isang gyroscope, iyon ay, para sa halimbawa, upang maiwaksi ito sa anumang anggulo nang hindi man lang hinawakan, at higit sa lahat, upang pamahalaan ang estado na ito ”.

Ang oras ng pagkakaugnay ay malaki ang reaksyon sa mga kalapit na layer ng atomic

Ang contactless manipulasyon ng “gyroscope” (spin state) ay nakamit gamit ang isang pulsed high-frequency electromagnetic field – resonant microwaves. Natukoy din ng mga mananaliksik ng JMU kung gaano katagal pinapanatili ng “gyroscope” ang bagong oryentasyon. Mahigpit na nagsasalita, narito kailangan nating isaalang-alang ang anggulo ng paglihis bilang isang pinasimple na paglalarawan ng katotohanan na ang qubit ay maaaring tumagal ng maraming iba’t ibang mga estado, hindi lamang 0 at 1, bilang kaunti.

Ano ang kaugnayan nito sa touch technology? Ang medium ng atomic sa kristal ay direktang nakakaapekto sa manipuladong estado ng pag-ikot at maaaring mabawasan nang malaki ang oras ng pagkakaugnay nito. “Naipakita namin kung gaano katindi ang pagtugon ng pagkakaugnay sa distansya sa kalapit na mga atomo at atomic nuclei, sa mga magnetikong impurities, sa temperatura at sa mga magnetic field – kaya mula sa pagsukat ng oras ng pagkakakaugnay maaari nating matukoy ang daluyan ng qubit,” paliwanag ni Andreas Sperlich .

Layunin: Mga elektronikong aparato na may pinalamutian na mga layer ng boron nitride

Ang susunod na layunin ng koponan ng JMU ay ipatupad ang isang artipisyal na binubuo ng dalawang-dimensional na kristal na gawa sa iba’t ibang mga materyales, kabilang ang isang sangkap na umiikot. Ang pangunahing mga materyales sa gusali para sa huli ay atomically manipis na mga layer ng boron nitride na naglalaman ng mga optikong aktibong depekto na may naa-access na estado ng pag-ikot.

“Lalo na magiging kaakit-akit na subaybayan ang mga depekto ng pag-ikot at ang kanilang kapaligiran sa mga aparatong 2D hindi lamang optiko ngunit electrically din. Ito ay isang ganap na bagong teritoryo, “sabi ni Uladzimir Dziakonau.

Sanggunian: “Coherent control of the temperatura of spin defects in hexagonal boron nitride” ni Andreas Gottschol, Matthias Diez, Viktor Soltamov, Christian Casper, Andreas Sperlich, Mehran Kiyaninia, Karl Bradak, Igor Agaronovich, April 2, at Vladimir Dekonov. Mga pagsulong sa agham.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf3630

Ang gawain ay pinondohan ng German Research Foundation DFG at ng Alexander von Humboldt Foundation. Si Vladimir Dekonov ay ang punong tagapag-imbestiga ng Würzburg-Dresden cluster ng kahusayan na CT.qmat, na ang paksa ay may kasamang pagkontrol sa mga interface ng spin-photon sa mga topological material system.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

82% ng Mga Tao na Na-ospital Sa COVID-19 Bumuo ng Mga Neurological Problems

Isinasaalang-alang ang tomography ng utak. Ang mga pasyente na may mga karamdaman na nagpapahiwatig ng neurological ay kasangkot COVID-19 anim na beses na mas malamang...

“Gobsmacked” – Ang Melanie Wood ng Harvard ay Naging Unang Babae na Nanalo ng $ 1M Waterman Award sa Math

Si Melanie Wood ang unang babaeng nanalo ng isang Waterman Award sa matematika. Kredito: Stephanie Mitchell / Harvard Staff Photographer Kinikilala para sa mga...

Bagong Pagong na Natagpuan sa Huling Cretaceous ng Madagascar

Ang pagbabagong-tatag ng buhay ng Sahonachelys mailakavava, umaatake sa Madagascan na palaka tadpoles na si Belzebufo ay nagprotesta gamit ang isang espesyal na diyeta...

Natuklasan ng mga siyentista na ang loob ng Saturn – ang makapal na layer ng helium – ay nakakaapekto sa magnetic field ng mga...

Ang magnetikong patlang ni Saturn na nakikita sa itaas. Credit-Ancate Barrick / Jones Hopkins University Ginagaya ng mga mananaliksik ang mga kondisyong kinakailangan para...

Lumilikha ang mga mananaliksik ng cybersecurity ng mas mahusay na kanaryo – gamit ang AI upang lumikha ng pekeng mga dokumento

Ang bagong artipisyal na sistema ng katalinuhan ay lumilikha ng mga pekeng dokumento upang linlangin ang mga kalaban. Sa panahon ng World War II, ang...

Newsletter

Subscribe to stay updated.