Дефект в белом графене помог локализовать спины и выйти за пределы трёхмерной физики

Российские и немецкие учёные локализовали ядерные спины в двумерном материале hBN

Можно ли заглянуть в квантовый мир, используя всего один-единственный дефект в двумерной решётке? Российским и немецким учёным это удалось — и результаты впечатляют.

Фото: Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License)

Дефект VB⁻ в белом графене

О чём речь

Исследователи из России и Германии провели эксперимент, который углубляет наше понимание спиновых взаимодействий в двумерных материалах. Открытие может привести к созданию нового поколения квантовых сенсоров, вычислительных систем и коммуникационных платформ.

Почему это важно

До недавнего времени внимание ученых было сосредоточено на трехмерных кристаллах вроде алмаза или карбида кремния. Однако всё большее внимание привлекают двумерные материалы — особенно гексагональный нитрид бора (hBN), также известный как "белый графен".

Этот материал обладает уникальной кристаллической структурой: прочные связи внутри слоёв и слабые — между ними. Но главная интрига — это дефект VB⁻: отсутствие атома бора, которое превращает материал в мощный инструмент для работы со спином.

Что особенного в VB⁻

"Этот дефект демонстрирует рекордную степень оптической спиновой поляризации — почти 100% при комнатной температуре", — объясняет Фадис Мурзаханов, научный сотрудник лаборатории перспективных спиновых платформ.

VB⁻-дефект обладает триплетным электронным спином, что делает его идеальным для квантовых приложений — от сенсоров до коммуникационных систем.

Как проходил эксперимент

Ученые из Казанского федерального университета, ИФТТ РАН, ИОФ РАН и Падерборнского университета применили передовые методы импульсной спектроскопии: электронный парамагнитный резонанс и двойной электронно-ядерный резонанс на частоте 94 ГГц. Результаты дополнены квантово-химическими расчетами.

Удалённые ядерные спины были не просто обнаружены, но и точно локализованы. Это открывает путь к высокоточной спиновой спектроскопии в двумерных структурах.

Что дальше

Результаты эксперимента — это фундамент для:

• Миниатюрных сенсоров, способных обнаруживать отдельные атомы.
• Новых вычислительных платформ.
• Квантовых интерфейсов для фотонной связи.

Работа также важна с фундаментальной точки зрения: она подтверждает возможность спинового взаимодействия на значительных расстояниях в атомарно тонких структурах.

Уточнения

Графе́н (англ. graphene) — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом.