Um defeito de rotação criado artificialmente (qubit) em uma rede cristalina de nitreto de boro é adequado como um sensor, permitindo a medição de diferentes mudanças em seu ambiente local. O qubit é uma vacância de boro localizada em uma camada bidimensional de nitreto de boro hexagonal e tem um momento angular (spin).

O defeito é muito sensível ao seu ambiente atômico, por exemplo, para as distâncias a outros átomos ou camadas atômicas.

"Isso permite medições locais de campos magnéticos, temperatura e pressão uniforme, "diz o professor Vladimir Dyakonov, chefe da cadeira de Física Experimental VI na Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg na Baviera, Alemanha. As medições são realizadas completamente opticamente usando um laser - portanto, o sensor não requer nenhum contato elétrico.

"Modulando microondas de diferentes frequências ligado e desligado, o defeito de rotação pode ser manipulado para derivar diferentes influências externas, como temperatura, pressão e campo magnético, "explica Andreas Gottscholl. O doutorando em física do JMU é o primeiro autor da publicação na revista Nature Communications , que apresenta o novo sensor.

Características do novo sensor

Já existem sensores atômicos baseados em defeitos de rotação:eles são feitos de diamante ou carboneto de silício e são adequados para medições locais de temperatura e campo magnético. "Nosso sensor de nitreto de boro fornece uma resposta adicional às mudanças de pressão externa e excede a sensibilidade dos sistemas anteriores, especialmente em baixas temperaturas, "explica Gottscholl.

"Outra nova característica do nosso defeito de rotação é a sua localização em uma rede de cristal bidimensional. Em comparação com os sistemas tridimensionais estabelecidos com base em diamante ou carboneto de silício, ele oferece possibilidades de aplicação completamente novas, "acrescenta o físico de Würzburg.

Exemplo:O nitreto de boro é atualmente considerado o material padrão para encapsular novos dispositivos 2D, como transistores de tamanho nanométrico. “Com o nosso trabalho, demonstramos que podemos embutir artificialmente sensores atômicos no nitreto de boro, material amplamente utilizado. Isso deve permitir medir diretamente as influências, como temperatura, pressão e campo magnético nos dispositivos investigados. "

Próximas etapas de pesquisa

Até aqui, os pesquisadores demonstraram a funcionalidade do sensor em um grande conjunto de vários milhões de defeitos de rotação. Próximo, eles querem mostrar detecção com defeitos de rotação simples. Se tiver sucesso, uma aplicação na escala nanométrica seria viável.

"Particularmente interessante é a ideia de usar nitreto de boro de apenas uma camada atômica, assim, o sensor é posicionado diretamente na superfície do sistema investigado, "diz o professor Dyakonov. Isso permitiria a interação direta com o ambiente imediato.

Campo de aplicação do sensor

Aplicações em pesquisa de materiais, o desenvolvimento de dispositivos ou a biologia podem ser interessantes para obter novos insights nesses campos. Além de outras possíveis implementações científicas, também é concebível, a longo prazo, usar o defeito de rotação como um sensor comercial - isso poderia revolucionar as técnicas de imagens médicas, já que o sensor pode mapear as temperaturas locais como um contraste de imagem, por exemplo.