Lowongan atom sebagai bit kuantum – Sains Terkini

Meskipun boron nitrida terlihat sangat mirip dengan graphene dalam struktur, ia memiliki sifat optoelektronik yang sama sekali berbeda. Konstituennya, unsur-unsur boron dan nitrogen, menyusun – seperti atom karbon dalam graphene – struktur heksagonal seperti sarang lebah. Mereka mengatur diri mereka dalam lapisan dua dimensi yang hanya satu lapisan atom. Lapisan-lapisan individual hanya saling berpasangan lemah oleh apa yang disebut gaya van der Waals dan karenanya dapat dengan mudah dipisahkan satu sama lain.

Fisikawan dari Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) di Bavaria, Jerman, bekerja sama dengan Universitas Teknik Sydney di Australia sekarang telah berhasil untuk pertama kalinya dalam percobaan yang menunjukkan apa yang disebut pusat putaran dalam kristal boron nitrida. Profesor Vladimir Dyakonov, pemegang Ketua Fisika Eksperimental VI di Institut Fisika, dan timnya bertanggung jawab untuk ini di pihak JMU dan melakukan eksperimen penting. Hasil karya tersebut telah dipublikasikan dalam jurnal ilmiah Bahan Alam.

Dalam kisi kristal berlapis boron nitrida, fisikawan menemukan cacat khusus – atom boron yang hilang – yang menunjukkan momen dipol magnetik, juga dikenal sebagai putaran. Selain itu, ia juga dapat menyerap dan memancarkan cahaya dan karenanya juga disebut pusat warna. Untuk mempelajari sifat-sifat magneto-optik dari pemancar kuantum secara terperinci, para ilmuwan JMU telah mengembangkan teknik eksperimental khusus yang menggunakan kombinasi medan magnet statis dan frekuensi tinggi.

Diperlukan sedikit keberuntungan

"Jika Anda memvariasikan frekuensi medan magnet bolak-balik, pada titik tertentu Anda menekan frekuensi putaran, dan photoluminescence berubah secara dramatis," jelas Dyakonov. Akan tetapi, sedikit keberuntungan diperlukan, karena sulit untuk memperkirakan frekuensi mana yang harus dicari oleh keadaan putaran yang tidak diketahui. Dyakonov dan timnya telah menemukan pusat-pusat ini dalam sistem kristal 2D, yang sebelumnya hanya diprediksi secara teoritis. Antara lain, mereka mampu menunjukkan polarisasi spin, yaitu penyelarasan momen magnetik dari cacat di bawah eksitasi optik – bahkan pada suhu kamar.

Ini membuat eksperimen juga menarik untuk aplikasi teknis: Para ilmuwan di seluruh dunia saat ini sedang bekerja untuk menemukan sistem solid-state di mana spin state dapat disejajarkan, dimanipulasi sesuai permintaan dan kemudian dibacakan secara optik atau elektrik. "Spin center yang telah kami identifikasi dalam boron nitride memenuhi persyaratan ini," tambah Dyakonov. Karena memiliki putaran dan juga menyerap dan memancarkan cahaya, itu adalah bit kuantum yang dapat digunakan dalam penginderaan kuantum dan informasi kuantum. Teknologi navigasi baru juga dapat bekerja dengan teknologi ini, itulah sebabnya lembaga antariksa seperti DLR dan NASA juga melakukan penelitian intensif tentang topik ini.

Desain bahan dengan prinsip bata Lego

Untuk ilmuwan dasar, materi 2D juga menarik dari sudut pandang lain. Mereka memiliki struktur lapisan yang sangat khusus, dikombinasikan dengan satu-satunya ikatan lemah dari lapisan satu sama lain, menawarkan kemungkinan membangun urutan susun yang berbeda dari semikonduktor yang berbeda. "Jika Anda kemudian menempatkan cacat di salah satu lapisan ini, kami menyebutnya spin probe, ini dapat membantu untuk memahami sifat-sifat lapisan yang berdekatan, tetapi juga untuk mengubah sifat fisik seluruh tumpukan," kata Dyakonov.

Oleh karena itu, pada langkah selanjutnya, Dyakonov dan rekan-rekannya ingin memproduksi, antara lain, struktur heterostruktur semikonduktor multilayer dengan lapisan boron nitrida sebagai lapisan perantara. Mereka yakin: "Jika lapisan tipis atom boron nitrida, yang 'didekorasi' dengan masing-masing pusat putaran, dapat diproduksi dan dimasukkan ke dalam struktur heterostruktur, akan dimungkinkan untuk merancang kristal dua dimensi buatan berdasarkan prinsip-prinsip batu bata Lego dan menyelidiki properti mereka. "

Referensi:

Material disediakan oleh Universitas Würzburg. Asli ditulis oleh Gunnar Bartsch. Catatan: Konten dapat diedit untuk gaya dan panjangnya.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.