Onderzoekers creëren oriëntatie-onafhankelijke magnetische velddetecterende nanobuis-spinqubits

Onderzoekers van Purdue University hebben gepatenteerde eendimensionale boornitride nanobuisjes (BNNT’s) ontwikkeld die spinqubits of spindefecten bevatten. De BNNT’s zijn gevoeliger bij het detecteren van magnetische velden buiten de as met hoge resolutie dan traditionele diamantpunten die worden gebruikt in magnetische veldmicroscopen met scanningsonde.

Tongcang Li, hoogleraar natuurkunde en elektrische en computertechniek, leidt een team dat de BNNT’s heeft ontwikkeld met optisch actieve spinqubits. Hij maakt ook deel uit van de faculteit van het Purdue Quantum Science and Engineering Institute. Het team bestaat uit Xingyu Gao, Sumukh Vaidya en Saakshi Dikshit, afgestudeerde studenten aan Purdue die co-auteurs zijn van een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie.

“BNNT-spinqubits zijn gevoeliger voor het detecteren van magnetische velden buiten de as dan een diamant-stikstof-vacaturecentrum, dat vooral gevoelig is voor velden die evenwijdig zijn aan zijn as, maar niet loodrecht”, zei Li. “BNNT’s zijn ook kosteneffectiever en bieden meer veerkracht dan broze diamantpunten.”

BNNT-toepassingen omvatten kwantumsensortechnologie die veranderingen in magnetische velden meet en gegevens op atomair niveau verzamelt en analyseert.

“Ze hebben ook toepassingen in de halfgeleiderindustrie en MRI op nanoschaal, of magnetische resonantiebeeldvorming”, zei Gao.

Testen en ontwikkelen van BNNT-spinqubits

Het systeem werd getest op een op maat gebouwd laboratoriumsysteem, inclusief lasers, detectoren en signaalgeneratoren voor het controleren van de kwantumtoestand van de nanobuis-spinqubits.

“Deze BNNT-spinqubits zijn gevoelig voor magnetische velden en vertonen optisch gedetecteerde magnetische resonantie”, zei Vaidya. “Bij blootstelling aan een magnetisch veld veranderen de energieniveaus van de spinqubits binnen de BNNT’s, wat kan worden gemeten met behulp van licht.”

Bij de eerste demonstratie presteerden BNNT’s vergelijkbaar met diamantpunten.

“Aangezien de boornitride-nanobuisjes ruimtelijk veel kleiner zijn dan de diamantpunten, verwachten we superieure aantallen voor het systeem te kunnen bereiken,” zei Dikshit.

Li zei dat de Purdue-onderzoekers de ruimtelijke resolutie en magnetische veldgevoeligheid voor het BNNT-spinqubitsysteem willen verbeteren. Deze verbeteringen zouden kwantumdetectie van verschijnselen op atomaire schaal mogelijk kunnen maken.

“Dit zou een scan met zeer hoge resolutie van de magnetische eigenschappen van het oppervlak mogelijk maken”, zei Vaidya. “Door de gevoeligheid te verbeteren, kunnen we preciezere informatie krijgen of een snellere uitlezing van de externe magnetische velden bereiken, die beide toepassingen hebben in de kwantumwetenschappen, geheugenopslag, medische en halfgeleiderindustrieën.”