חוקרים במעבדת קוונדיש זיהו קוהרנטיות ספין בפגמים אטומיים בתוך בורון ניטריד משושה (hBN) בתנאי סביבה, הישג נדיר בחומרים קוונטיים. המחקר, שפורסם ב-Nature Materials, מדגיש שניתן לשלוט בספינים הללו עם אור ויש להם השלכות מבטיחות על טכנולוגיות קוונטיות עתידיות, כולל חישה ותקשורת מאובטחת. הממצאים גם מדגישים את הצורך בחקירה נוספת כדי לשפר את אמינות הפגמים ולהאריך את זמני אחסון הספין, מה שמדגיש את הפוטנציאל של hBN בקידום יישומים טכנולוגיים קוונטיים. קרדיט: אלינור ניקולס, מעבדת קוונדיש
מדענים במעבדת Cavendish גילו קוהרנטיות ספין ב-Hexagonal Boron Nitride (hBN) בתנאים רגילים, מה שמציע אפשרויות חדשות ליישומי טכנולוגיה קוונטית.
מדענים במעבדת קוונדיש גילו ש'פגם אטומי' בודד בחומר המכונה Hexagonal Boron Nitride (hBN) שומר על קוהרנטיות ספין בטמפרטורת החדר וניתן לתפעל אותו באמצעות אור.
קוהרנטיות ספין מתייחסת לספין אלקטרוני המסוגל לשמור מידע קוונטי לאורך זמן. התגלית משמעותית מכיוון שחומרים שיכולים לארח תכונות קוונטיות בתנאי הסביבה הוא נדיר למדי.
הממצאים שפורסמו ב חומרי טבע, אשר עוד יותר כי קוהרנטיות הספין הנגישה בטמפרטורת החדר ארוכה יותר ממה שהחוקרים שיערו בתחילה שהיא יכולה להיות. "התוצאות מראות שברגע שאנו כותבים מצב קוונטי מסוים על הספין של האלקטרונים הללו, המידע הזה נשמר למשך כמיליון שנייה, מה שהופך את המערכת הזו לפלטפורמה מבטיחה מאוד ליישומים קוונטיים", אמר כרמם מ. גילארדוני, שותף מחבר המאמר ועמית פוסט-דוקטורט של רוביקון במעבדת קוונדיש.
"זה אולי נראה קצר, אבל הדבר המעניין הוא שהמערכת הזו לא דורשת תנאים מיוחדים – היא יכולה לאחסן את מצב הספין הקוונטי אפילו בטמפרטורת החדר וללא צורך במגנטים גדולים."
מאפיינים של ניטריד בורון משושה
משושה בורון ניטריד (hBN) הוא חומר דק במיוחד המורכב מ-אָטוֹם-שכבות עבות, בערך כמו גיליונות נייר. שכבות אלו מוחזקות יחד על ידי כוחות בין מולקולות. אבל לפעמים, יש 'פגמים אטומיים' בתוך השכבות הללו, בדומה לגביש עם מולקולות הכלואות בתוכו. פגמים אלה יכולים לספוג ולפלוט אור בטווח הנראה עם מעברים אופטיים מוגדרים היטב, והם יכולים לשמש כמלכודות מקומיות לאלקטרונים. בגלל ה'פגמים האטומיים' הללו בתוך hBN, מדענים יכולים כעת לחקור כיצד האלקטרונים הלכודים הללו מתנהגים. הם יכולים לחקור את תכונת הספין, המאפשרת לאלקטרונים לקיים אינטראקציה עם שדות מגנטיים. מה שבאמת מרגש הוא שחוקרים יכולים לשלוט ולתפעל את סיבובי האלקטרונים באמצעות אור בתוך הפגמים הללו בטמפרטורת החדר.
ממצא זה סולל את הדרך ליישומים טכנולוגיים עתידיים, במיוחד בטכנולוגיית חישה.
עם זאת, מכיוון שזו הפעם הראשונה שמישהו מדווח על קוהרנטיות הספין של המערכת, יש הרבה מה לחקור לפני שהיא בשלה מספיק עבור יישומים טכנולוגיים. המדענים עדיין מבררים כיצד להפוך את הפגמים הללו לטובים יותר ואמינים יותר. כרגע הם בודקים עד כמה נוכל להאריך את זמן אחסון הספין, והאם נוכל לייעל את הפרמטרים של המערכת והחומר החשובים ליישומים קוונטיים-טכנולוגיים, כמו יציבות פגמים לאורך זמן ואיכות האור הנפלט מפגם זה.
סיכויי עתיד והערות סיכום
"העבודה עם המערכת הזו הדגישה לנו את כוחה של החקירה הבסיסית של חומרים. באשר למערכת hBN, כתחום נוכל לרתום את דינמיקת המצב הנרגשת בפלטפורמות חומר חדשות אחרות לשימוש בטכנולוגיות קוונטיות עתידיות", אמרה ד"ר חנה שטרן, המחברת הראשונה של המאמר, שערכה מחקר זה במעבדת קוונדיש והיא כעת עמית מחקר באוניברסיטת המלכותית ומרצה באוניברסיטת מנצ'סטר.
בעתיד, החוקרים בוחנים לפתח את המערכת עוד יותר, בוחנים כיוונים רבים ושונים, מחיישנים קוונטיים ועד לתקשורת מאובטחת.
"כל מערכת מבטיחה חדשה תרחיב את ערכת הכלים של החומרים הזמינים, וכל צעד חדש בכיוון זה יקדם את ההטמעה הניתנת להרחבה של טכנולוגיות קוונטיות. תוצאות אלו מבססות את ההבטחה של חומרים מרובדים לקראת מטרות אלו", סיכם פרופסור Mete Atatüre, ראש מעבדת קוונדיש, שהוביל את הפרויקט.
