Além da carga, partículas subatômicas como os elétrons também carregam uma propriedade chamada spin, que é responsável pelo magnetismo. Novas propostas de uso de spin para armazenar informações surgiram nos últimos anos com a promessa de serem mais eficientes energeticamente e trazerem novas funcionalidades para dispositivos de comunicação e sensoriamento. Para seu Ph.D. pesquisa, Adonai Rodrigues Da Cruz estudou a dinâmica de spin com mais detalhes usando teoria e simulações numéricas. Defendeu sua tese no departamento de Física Aplicada em 3 de maio.
Defeitos de rotação

A capacidade de controlar estados quânticos únicos é crucial para o desenvolvimento de novas tecnologias quânticas para futuros dispositivos de comunicação, detecção e processamento de informações. Nos últimos anos, foram propostas várias novas maneiras de usar o spin do elétron para armazenar informações digitais em tais tecnologias quânticas.

O uso de defeitos em materiais semicondutores que carregam spin (os chamados defeitos de spin) foram promovidos como materiais para criar bits quânticos – o componente-chave de qualquer tecnologia quântica.

Sensores baseados em defeitos de spin, como o centro de vacância de nitrogênio (NV) em diamante, já estão disponíveis comercialmente e surgiram como a nova tecnologia mais empolgante para medições magnéticas em nanoescala. Ao controlar e interrogar o estado de spin desse defeito cristalino, os pesquisadores conseguiram medir campos magnéticos extremamente pequenos e, assim, estudar as propriedades de novos materiais com mais detalhes.

Compreendendo os efeitos orbitais

Até agora, estudos experimentais e teóricos sobre defeitos únicos em semicondutores se concentraram mais na parte do spin e negligenciaram amplamente a contribuição orbital para as propriedades locais ao redor dos defeitos.

Para seu Ph.D. pesquisa, Adonai Rodrigues Da Cruz buscou entender melhor os efeitos orbitais. Essa percepção foi fornecida através do desenvolvimento de formalismos teóricos para descrever correntes circulantes em diferentes materiais. Usando simulações numéricas e expressões analíticas para a propagação de elétrons em semicondutores bidimensionais, ele previu com precisão como as nano-correntes se distribuem de acordo com o ambiente circundante.

Campos magnéticos marginais podem ser gerados pelas correntes circulantes em torno de defeitos de spin simples localizados dentro dos semicondutores. Uma das principais descobertas da pesquisa de Da Cruz é que tanto a magnitude quanto as dimensões espaciais do campo magnético da franja estão dentro da faixa desejada de sensibilidade das atuais sondas baseadas em NV. Portanto, um sensor de varredura NV pode ser usado como uma sonda direta do magnetismo orbital interno associado a defeitos únicos.

O trabalho de Da Cruz também sugere que as características espaciais das correntes podem ser fortemente sintonizadas por gating externo, abrindo a possibilidade de controlar eletricamente acoplamentos de spin de curta distância, o que é essencial para o portão de emaranhamento quântico, uma operação importante na computação quântica. + Explorar mais

O material bidimensional pode armazenar informações quânticas à temperatura ambiente