Физики из Кембриджского университета сообщили о значительном достижении в сфере квантовых технологий. Ими была показана возможность применения спиновых дефектов в гексагональном нитриде бора для разработки сверхчувствительных датчиков. Новые устройства могут функционировать при комнатной температуре и обнаруживать векторные магнитные поля на наномасштабе, что открывает перспективы для создания более практичных и универсальных квантовых систем.
Разработка кембриджских ученых демонстрирует существенные преимущества перед существующими аналогами. Ранее для наноразмерной квантовой магнитометрии в обычных условиях применялись в основном дефекты в алмазах, известные как NV-центры. Однако такие сенсоры обладают рядом ограничений, в частности, они одноосевые и имеют узкий динамический диапазон. Новый датчик на основе нитрида бора лишен этих недостатков, так как является многоосевым и обладает широким диапазоном для обнаружения магнитных полей.
Гексагональный нитрид бора является двумерным материалом, который можно расслоить до толщины в несколько атомов. Атомные дефекты в его структуре поглощают и испускают свет, причем этот процесс зависит от локальных магнитных условий, что делает его превосходным материалом для квантовых сенсоров. Исследователи применили метод оптически детектируемого магнитного резонанса, чтобы проследить за реакцией свечения дефектов материала на изменения магнитного поля.
Ключевым достоинством нового сенсора является его атомарная толщина. Пространственное разрешение метода напрямую зависит от расстояния между изучаемым образцом и датчиком. Использование атомарно тонкого материала позволяет максимально сблизить их, что открывает возможность для составления карт магнитных полей с точностью до отдельных атомов. Эта характеристика может позволить изучать магнитные явления в новых материальных системах с недостижимой ранее детализацией.
Исследователи не только продемонстрировали потенциал нового датчика, но и объяснили природу его уникальных свойств. Выяснилось, что низкая симметрия дефектов в решетке нитрида бора в сочетании с оптимальными оптическими характеристиками обеспечивают широкий динамический диапазон и векторные возможности сенсора. Это открытие открывает путь к визуализации таких свойств, как потоки тока и намагниченность в материалах, что может привести к новым прорывам в физике.
Данный проект стал итогом совместной работы международной группы специалистов. Результаты этого новаторского исследования знаменуют собой важный шаг в развитии практических квантовых технологий и расширяют горизонты для будущих научных открытий в этой области.
