Исследователи под руководством профессора Владимира Дьяконова из Вюрцбургского университета имени Юлиуса-Максимилиана (JMU) провели измерение квантовой динамики в двумерном слое гексагонального нитрида бора (hBN). Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.
В основе современных квантовых датчиков лежат атомные дефекты в твердых телах. В отличие от трехмерного алмаза, где расстояние до исследуемого объекта велико, двумерный hBN позволяет позиционировать спиновые дефекты с атомарной точностью. Это усиливает взаимодействие с мишенью, особенно при использовании отрицательно заряженных дефектов бора, которые работают при комнатной температуре.
Скорость возврата системы в исходное состояние после измерения является определяющей для чувствительности прибора. В процессе измерений электроны переходят в возбужденное состояние, но задерживаются в так называемом «метастабильном промежуточном состоянии» — своего рода «зоне ожидания». Команда Дьяконова впервые экспериментально зафиксировала продолжительность этой задержки.
«При комнатной температуре время жизни состояния составляет ровно 24 наносекунды, а при охлаждении до температур жидкого гелия оно почти удваивается. Мы использовали лазер, работающий подобно стробоскопу», — пояснил аспирант Пол Конрад, проводивший эксперименты.
Зная этот параметр, ученые оптимизировали процесс управления квантовыми состояниями. Введя целевой интервал около 150 наносекунд между лазерным импульсом и микроволновым воздействием, они добились полной очистки «зоны ожидания». Это повысило контрастность измерений почти на 26 %, а чувствительность системы — на 11 %. Открытие создает основу для более сложных протоколов измерений в медицинской диагностике, хотя магнитная среда hBN (состоящего из магнитных изотопов) требует дальнейших исследований для снижения внешних помех.
Ранее физики модернизировали квантовый закручивающий микроскоп, чтобы впервые разглядеть тонкие взаимодействия электронов в графене при комнатной температуре.
