Os cientistas descobriram que um “único defeito atômico” em um material 2D em camadas pode reter informações quânticas por microssegundos à temperatura ambiente, ressaltando o potencial dos materiais 2D no avanço das tecnologias quânticas.



O defeito, descoberto por pesquisadores das Universidades de Manchester e Cambridge usando um material fino chamado nitreto de boro hexagonal (hBN), demonstra coerência de spin – uma propriedade onde um spin eletrônico pode reter informações quânticas – sob condições ambientais. Eles também descobriram que esses giros podem ser controlados com luz.

Até agora, apenas alguns materiais de estado sólido conseguiram fazer isso, marcando um avanço significativo nas tecnologias quânticas.

As descobertas, publicadas na Nature Materials , confirmam ainda que a coerência do spin acessível à temperatura ambiente é mais longa do que os investigadores inicialmente imaginaram que poderia ser.

Carmem M. Gilardoni, coautora do artigo e pós-doutoranda no Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge, onde a pesquisa foi realizada, disse:“Os resultados mostram que, uma vez que escrevemos um certo estado quântico no spin destes elétrons, essa informação é armazenada por aproximadamente 1 milionésimo de segundo, tornando este sistema uma plataforma muito promissora para aplicações quânticas.

"Isso pode parecer curto, mas o interessante é que este sistema não requer condições especiais - ele pode armazenar o estado quântico de spin mesmo à temperatura ambiente e sem a necessidade de ímãs grandes."

O nitreto de boro hexagonal (hBN) é um material ultrafino feito de camadas empilhadas com a espessura de um átomo, como folhas de papel. Essas camadas são mantidas unidas por forças entre moléculas, mas às vezes existem pequenas falhas entre essas camadas chamadas “defeitos atômicos”, semelhantes a um cristal com moléculas presas dentro dele. Esses defeitos podem absorver e emitir luz que podemos ver e também podem atuar como armadilhas locais para elétrons.

Devido aos defeitos no hBN, os cientistas podem agora estudar como estes electrões presos se comportam, particularmente a propriedade de spin, que permite aos electrões interagir com campos magnéticos. Eles também podem controlar e manipular os spins dos elétrons usando luz dentro desses defeitos à temperatura ambiente – algo que nunca foi feito antes.

Hannah Stern, primeira autora do artigo e pesquisadora da Royal Society University e professora da Universidade de Manchester, disse:"Trabalhar com este sistema destacou para nós o poder da investigação fundamental de novos materiais. Quanto ao sistema hBN , como campo, podemos aproveitar a dinâmica do estado excitado em outras novas plataformas de materiais para uso em futuras tecnologias quânticas.

“Cada novo sistema promissor ampliará o conjunto de ferramentas de materiais disponíveis, e cada novo passo nesta direção avançará na implementação escalonável de tecnologias quânticas.”

O professor Richard Curry acrescentou:"A pesquisa em materiais para tecnologias quânticas é crítica para apoiar as ambições do Reino Unido nesta área. Este trabalho representa outro avanço importante de um pesquisador da Universidade de Manchester na área de materiais para tecnologias quânticas, fortalecendo ainda mais o mercado internacional impacto do nosso trabalho neste campo."

Embora haja muito a investigar antes que esteja maduro o suficiente para aplicações tecnológicas, a descoberta abre caminho para futuras aplicações tecnológicas, particularmente na tecnologia de detecção.

Os cientistas ainda estão descobrindo como tornar esses defeitos ainda melhores e mais confiáveis ​​e atualmente estão investigando até que ponto podem estender o tempo de armazenamento do spin. Eles também estão investigando se podem otimizar os parâmetros do sistema e dos materiais que são importantes para aplicações de tecnologia quântica, como a estabilidade do defeito ao longo do tempo e a qualidade da luz emitida por esse defeito.