Российские ученые из КФУ в сотрудничестве с исследователями из Германии совершили прорыв в понимании спиновых взаимодействий в двумерных материалах. Результаты этого эксперимента открывают перспективы для разработки принципиально новых квантовых устройств, сообщили в пресс-службе КФУ.
Исследование, основанное на изучении оптически поляризуемых спиновых состояний дефектов в твердотельных кристаллах, фокусируется на двумерных материалах — перспективной альтернативе традиционным трехмерным кристаллам, таким как алмаз. Двумерные материалы, в отличие от трехмерных, образованы тонкими слоями, соединенными слабыми силами, что открывает уникальные возможности для манипулирования их свойствами.
Особое внимание ученых привлекла гексагональный нитрид бора (hBN), или «белый графен», обладающий схожей с графеном кристаллической структурой.
— Уникальным открытием стало обнаружение в hBN дефекта — отрицательно заряженной вакансии бора (VB-). Этот дефект характеризуется высокой степенью оптически индуцированной спиновой поляризации при комнатной температуре, что крайне важно для создания квантовых устройств, — отмечает научный сотрудник НИЛ «Перспективные платформы для спиновых квантовых манипуляций» Фадис Мурзаханов.
Для проведения исследования использовались методы импульсной спектроскопии электронного парамагнитного резонанса и двойного электронно-ядерного резонанса на частоте 94 ГГц, а также квантово-химические расчеты. Это позволило точно локализовать удаленные ядерные спины атомов азота и описать их взаимодействие с электронным спином дефекта.
Результаты этого исследования закладывают основу для разработки квантовых устройств нового поколения — от миниатюрных датчиков, способных фиксировать единичные центры или спины, до сложных вычислительных платформ и спин-фотонных интерфейсов. Эти технологии найдут применение в биомедицинской диагностике, исследовании новых материалов и разработке квантовых компьютеров.
— Наша работа обеспечивает понимание спиновых взаимодействий на больших расстояниях в атомарно тонких системах, что имеет фундаментальное и практическое значение, — подчеркнул Мурзаханов.
Автор: Рената Валеева