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里程碑!普渡大学团队开发出超级“黄金薄膜”,可大幅增强二维材料量子传感

六方氮化硼(hBN)是一种层状范德华材料,最近发现的自旋缺陷(spin defects)在量子传感方面有很大的潜力。然而,迄今为止,hBN自旋缺陷的光致发光和光学检测的磁共振(ODMR)对比度较低,限制了它们的灵敏度。

在一个最新突破中,美国普渡大学的一组研究人员克服了量子位信号的缺点,开发了二维材料的超薄量子传感器。在这一过程中,他们报告了创纪录的室温下的46%的ODMR对比度,和同时增强hBN自旋缺陷的光致发光高达17倍的金膜微波波导的表面等离子体。

结果,他们成功在低能量He+离子注入的hBN纳米片中,产生浅硼空位自旋缺陷和光刻金膜微波波导。

“我们使用了一层金色薄膜,将自旋量子位元的亮度提高了17倍。”研究人员表示,“金膜支持表面等离子体,可以加速光子发射,这样我们就可以收集更多的光子,从而获得更多的信号。此外,我们通过优化微波波导的设计,将其磁共振信号的对比度提高了10倍。因此,大大提高了这些自旋缺陷检测磁场、局部温度和局部压力的灵敏度。”

研究人员们还探索了微波和激光功率对ODMR的影响,提高了hBN自旋缺陷的磁场探测灵敏度。这些研究结果支持了hBN自旋缺陷在纳米级量子传感中的应用前景。

未来,该小组计划使用这些自旋量子位元来研究新型材料。他们还希望进一步改善信号,使二维材料中的单个自旋量子位能够以前所未有的灵敏度和分辨率用于量子传感。

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