二维材料中首次實現核自旋量子位控制

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钻研职员利用光和電子自旋量子位来节制二维材猜中的核自旋。

据15日颁發膳食纖維飲料,在《天然·質料》上的論文，美國普渡大學的钻研职员經由過程利用光子和電子自旋量子位来节制二维（2D）材猜中的核自旋，實現了在2D材猜中寫入和读取带有核自旋的量子信息。他们用電子自旋量子位作為原子標准的傳感器，初次在超薄六方氮化硼中實現了對核自旋量子位的實行节制。该钻研事情拓展了量子科學和技能的前沿，使原子標准的核磁共振光谱等利用成為可能。

钻研职员暗示，這是第一個展現2D材猜中核自旋的光學初始化和相關节制的事情。

自旋量子位可以被用作傳感器，比方探测卵白質布局，或以纳米级辨别率探测方針的温度。捕捉在3D金刚石晶體缺點中的電子能發生10—100纳米范畴的成像和傳感辨别率，而嵌入在单层或2D材猜未上市股票，中的量子位可更靠近方針样本，供给更高的辨别率和更强的旌旗燈号。為實現這一方針，2019年，六方氮化硼中的第一個電子自旋量子位出生。

這次，钻研團队在超薄六方氮化硼中創建了光子和核自旋之間的界面。

核自旋可以經由過程四周的電子自旋量子位举行光學初始化——設置為已知的自旋。一旦被初始化，便可以用無線電频率来扭转核自旋量子位，本色上是“寫入”信息，或丈量核自旋量子位的變革，即“读取”信息。他们的法子一次操纵3個氮原子核，其相關時候是室温下的電子量子位的30多倍。2D質料可以直接层叠在另外一種質料上，從而構成一個腎虛怎麼辦,內置的傳感器。

钻研职员暗示，2D核自旋晶格合用于大范围的量子摹拟。它可在较高的温度下事情。為节制核自旋量子位，钻研职员起首從晶格中移除一個硼原子，并用一個電子代替它。電子位于3個氮原子的中間。每一個氮核都處于随機自旋态，可所以-一、0或+1。

钻研职员用激光将電子泵浦到自旋态為0，這對氮核的自旋影响可疏忽不计。最後，受激電子與四周的3個氮核之間的超邃密互相感化迫使原子核的自旋產生變革。當轮回反复屡次時，原子核的自旋到达+1状况，不管反复互相感化若何，它都連结稳定。楊梅抽化糞池,當所有3個原子核都設置為+1状况時，它们便可用作3個量子位。（张佳欣）