科學家發現了六方氮化硼（hBN）在正常條件下的自旋相干性，為量子技術的應用提供了新的前景。卡文迪什實驗室（Cavendish Laboratory）的科學家發現，六方氮化硼材料中的一個”原子缺陷”能在室溫下保持自旋相干性，並能用光進行操縱。

卡文迪什實驗室的研究人員在六方氮化硼（hBN）中發現了原子缺陷在環境條件下的自旋相干性，這是量子材料領域的罕見成就。這項發表在《自然-材料》（Nature Materials）上的研究強調，這些自旋可以用光來控制，對未來的量子技術（包括感測和安全通訊）具有廣闊的前景。研究結果也強調了進一步探索提高缺陷可靠性和延長自旋儲存時間的必要性，凸顯了氫化硼在推進量子技術應用方面的潛力。資料來源：埃莉諾-尼科爾斯，卡文迪許實驗室

自旋相干性是指電子自旋能夠長期維持量子資訊。這項發現意義重大，因為能夠在環境條件下承載量子特性的材料相當罕見。

發表在《自然-材料》（Nature Materials）上的研究結果進一步證實，在室溫下可獲得的自旋相干性比研究人員最初想像的要長。論文共同作者、卡文迪什實驗室Rubicon 博士後研究員Carmem M. Gilardoni 說：「研究結果表明，一旦我們在這些電子的自旋上寫入某種量子態，這種資訊就能儲存約百萬分之一秒，從而使這一系統成為一個非常有前景的量子應用平台。

“這看起來似乎很短，但有趣的是，這個系統並不需要特殊的條件–它甚至可以在室溫下儲存自旋量子態，而且不需要大型磁鐵”。

六方氮化硼（hBN）是一種由一顆原子厚的層堆疊而成的超薄材料，有點像紙張。這些層透過分子間的作用力固定在一起。但有時，這些層內會出現”原子缺陷”，類似晶體內部夾雜著分子。這些缺陷可以透過明確的光學轉變吸收和發射可見光範圍內的光，也可以作為電子的局部陷阱。由於hBN 中存在這些”原子缺陷”，科學家現在可以研究這些被困電子的行為。他們可以研究電子與磁場相互作用的自旋特性。真正令人興奮的是，研究人員可以在室溫下利用這些缺陷中的光來控制和操縱電子自旋。

這項發現為未來的技術應用，尤其是感測技術的應用鋪平了道路。

不過，由於這是首次有人報告該系統的自旋相干性，因此在其成熟到足以用於技術應用之前，還有很多問題需要研究。科學家仍在研究如何讓這些缺陷變得更好、更可靠。他們目前正在探究我們能在多大程度上延長自旋儲存時間，以及我們能否優化對量子技術應用非常重要的系統和材料參數，例如缺陷的長期穩定性和該缺陷發出的光的品質。

“與此系統的合作向我們彰顯了材料基礎研究的力量。至於hBN 系統，作為一個領域，我們可以在其他新材料平台中利用激發態動力學，用於未來的量子技術。”論文第一作者Hannah Stern 博士說，她在卡文迪許實驗室進行了這項研究，現在是英國皇家學會大學研究員兼曼徹斯特大學講師。

未來，研究人員將進一步開發該系統，探索從量子感測器到安全通訊等多個不同方向。

“每一個新的有前途的系統都將拓寬可用材料的工具包，而朝著這個方向邁出的每一步都將推動量子技術的可擴展實施。這些成果證實了層狀材料有望實現這些目標， “領導此計畫的卡文迪許實驗室主任梅特-阿塔圖雷（Mete Atatüre）教授總結。

編譯來源：ScitechDaily