Разблокирането на квантовия потенциал на нитрид на галий

В света на полупроводниците откриването на дефекти често води до прориви в квантовата технология. Тези дефекти, които са по същество неупоредени аранжименти на атомите, понякога съдържат електрони със специално свойство, наречено въртене. Изследователите са открили, че това „степен на свобода на спина“ може да бъде задействано, за да съхранява и обработва информация, като го прави жизненоважно за различни приложения, включително отчитане на магнитни полета и квантово мрежово свързване.

Екип от учени, воден от професор Грег Фукс и докторант Жиалун Луо от Cornell Engineering, наскоро се отправи на търсене на такива свойства на спин в нитрид на галий, широко използван полупроводников материал. За изненада на тима, те откриха два различни типа дефекти в материала, които проявяват поведение на спина, като в един от тях е забелязан потенциал за бъдещи квантови приложения.

Изследването, публикувано в Nature Materials, се фокусира върху дефектите в нитрид на галий, които са отговорни за окрашаването на скъпоценни камъни. Докато розовите диаманти получават цвета си от конкретни дефекти, наречени центрове с азотно изключение, има множество други цветни центрове, които все още не са напълно разбрани и използвани.

Нитрид на галий е утвърден полупроводников материал, широко използван във високочестотна електроника. Въпреки това, неговият потенциал като платформа за квантови дефекти не беше разследван задълбочено. Чрез използване на конфокална микроскопия и флуоресцентни проби, екипът идентифицира дефектите и извърши няколко експеримента, за да изучи техните свойства на спина при стайна температура.

Експериментите показаха, че нитридът на галий има два вида дефекти, всеки със своя уникален спектър на спина. В един случай спинът беше свързан с метастабилно възбудено състояние, докато в другия случай той беше свързан с основното състояние. Забележително е, че изследователите наблюдаваха промени във флуоресценцията до 30%, когато манипулираха спиновия преход в основното състояние – необичаен голям промяна за квантов спин при стайна температура.

Освен това, екипът извърши експеримент за квантово контролиране и демонстрира, че може да манипулира спина на основното състояние с квантова съпътстваност, което е от съществено значение за запазването на информацията в квантови битове (кубити).

Тези открития отварят нови възможности за използване на нитрид на галий в квантовата технология. Като разбират и задействат свойствата на спина на дефектите в този материал, изследователите могат да разработят по-ефективни и здрави квантови устройства за различни приложения. Това изследване също така подчертава неизползвания потенциал на известните материали за квантови технологии, призовавайки учениците да изследват извън традиционните платформи и откриват нови възможности за иновации.

Често задавани въпроси (ЧЗВ) относно свойствата на спина на нитрид на галий за квантовата технология

Q: Какви са свойствата на спина на дефектите в нитрид на галий?
A: Изследователите са открили два различни типа дефекти в нитрид на галий, които проявяват поведение на спина. Тези свойства на спина са от съществено значение за приложения като отчитане на магнитни полета и квантово мрежово свързване.

Q: Как изследователите идентифицираха и изучиха свойствата на спина на дефектите?
A: Изследователите използваха конфокална микроскопия и флуоресцентни проби, за да идентифицират дефектите в нитрид на галий. Те проведоха експерименти за изучаване на свойствата на спина при стайна температура.

Q: Какво откриха експериментите за свойствата на спина на нитрид на галий?
A: Експериментите показаха, че нитридът на галий има два вида дефекти, всеки със своя уникален спектър на спина. Тези дефекти имаха спинови преходи, които могат да бъдат манипулирани и контролирани, дори при стайна температура.

Q: Какво е значение на наблюдаваните промени във флуоресценцията?
A: Изследователите наблюдаваха промени във флуоресценцията до 30%, когато манипулираха спиновия преход в основното състояние на нитрид на галий. Това е считано за голяма промяна за квантов спин при стайна температура, което подчертава потенциала за приложения в квантовата технология.

Q: Какво е квантовата съпътстваност и защо е важна?
A: Квантовата съпътстваност се отнася до възможността за прецизно манипулиране и контрол на спина на основното състояние. Това е от съществено значение за запазването на информацията в квантовите битове (кубити), които са основните елементи на квантовото изчисление.

Q: Какви са потенциалните приложения на нитрид на галий в квантовата технология?
A: Чрез разбиране и задействане на свойствата на спина на дефектите в нитрид на галий, изследователите могат да разработят по-ефективни и здрави квантови устройства. Материалът може да се използва за различни приложения, включително отчитане на магнитни полета, квантово мрежово свързване и квантово изчисление.

Q: Какво разкрива това изследване за потенциала на известните материали за квантовите технологии?
A: Това изследване подчертава неизползвания потенциал на известни материали, като нитрид на галий, за квантови технологии. То призовава учениците да изследват извън традиционните платформи и да открият нови възможности за иновации.

Дефиниции:

– Полупроводници: Материали, които имат електрическа проводимост между тази на проводник и изолатор. Те се използват в различни електронни устройства.
– Дефекти: Неупоредени аранжименти на атомите в материала.
– Спин: Свойство на електроните, което може да бъде използвано за съхранение и обработка на информация.
– Квантова технология: Технология, която използва кв

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *