Neutronos besugárzással hoztak létre hatékonyan NV-centrumokat gyémántban intézetünk kutatói - Új publikáció a Carbon folyóiratban.
A kvantumtechnológiai alkalmazások jelentős részében szükség van valamilyen fizikai rendszerre, ami kvantumbitként működik. Ehhez jól megcímezhető, jól kiolvasható kvantumállapotok kellenek, amik a környezettől jól elszigetelhetőek, ezért törékeny szuperpozícióik hosszú életűek, mégis kísérleti eszközökkel jól kontrollálhatóak, akár kvantumos összefonódásba hozhatók más kvantumbitekkel.
Az egyik vezető kvantumbit-platform a gyémántbeli nitrogén-vakancia (NV-) centrum. Itt a gyémánt egyik szénatomja "le van cserélve" egy nitrogénatomra, egy ezzel szomszédos szénatom pedig hiányzik (vakancia). Ilyen módon egy olyan molekulaszerű rendszer áll elő, amelyet a környezet káros hatásaitól a gyémánt maga szigetel, viszont kötött elektronjainak kvantumállapotait elektromágneses hullámokkal jól lehet vezérelni. Ez a gyémántbeli NV-centrum ezért ígéretes a kvantumkommunikációs és szenzorikai alkalmazásokhoz, de ilyen centrumok akár kvantumszámítógépekhez is hasznosak lehetnek.
A gyémántbeli NV-centrumok hatékony előállítási módját dolgozták ki a BME Fizikai Intézetének Spin Spektroszkópia csoportjában Kollarics Sándor, Márkus Bence Gábor és Simon Ferenc, együttműködésben a BME Nukleáris Technikai Intézet és a Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatóival. Eredményeiket a magas presztízsű Carbon folyóiratban publikálták. A munkában nitrogénatomokkal “szennyezett” gyémánt egykristályokból indultak ki, ezeket a BME Oktatóreaktorában sugározták be neutronokkal. A neutronok szénatomokat ütöttek ki a gyémántból, így vakanciák jöttek létre. Az NV-centrumok előállításához ezeket a vakanciákat kellett elvándoroltatni a nitrogénatomokhoz, ezt vákuumkamrában végzett ismételt hőkezeléssel érték el a BME-s kutatók. Az eljárás sikerét, azaz az NV-centrumok létrejöttét, mágnesesrezonancia-mérésekkel igazolták a BME Fizikai Intézetének spintronikai laboratóriumában - a mellékelt ábrán ezen mérések eredményeiből van ízelítő, ami hosszú, több milliszekundumos spinrelaxációs időt mutat.
A cikk szabadon elérhető:
Ultrahigh nitrogen-vacancy center concentration in diamond
S. Kollarics, F. Simon, A. Bojtor, K. Koltai, G. Klujber, M. Szieberth, B. G. Márkus, D. Beke, K. Kamarás, A. Gali, D. Amirari, R. Berry, S. Boucher, D. Gavryushkin, G. Jeschke, J. P. Cleveland, S. Takahashi, P. Szirmai, L. Forró, E. Emmanouilidou, R. Singh, K. Holczer
Carbon 188, p. 393 (2022).
