Para peneliti di Laboratorium Cavendish telah mengidentifikasi koherensi putaran pada cacat atom dalam Hexagonal Boron Nitride (hBN) dalam kondisi sekitar, sebuah pencapaian langka dalam material kuantum. Studi yang dipublikasikan di Nature Materials ini menyoroti bahwa putaran ini dapat dikendalikan dengan cahaya dan memiliki implikasi yang menjanjikan bagi teknologi kuantum masa depan, termasuk penginderaan dan komunikasi yang aman. Temuan ini juga menekankan perlunya eksplorasi lebih lanjut untuk meningkatkan keandalan cacat dan memperpanjang waktu penyimpanan putaran, yang menggarisbawahi potensi hBN dalam memajukan aplikasi teknologi kuantum. Kredit: Eleanor Nichols, Laboratorium Cavendish
Para ilmuwan di Laboratorium Cavendish telah menemukan koherensi putaran dalam Hexagonal Boron Nitride (hBN) dalam kondisi normal, menawarkan prospek baru untuk penerapan teknologi kuantum.
Para ilmuwan di Laboratorium Cavendish telah menemukan bahwa satu ‘cacat atom’ pada bahan yang dikenal sebagai Hexagonal Boron Nitride (hBN) mempertahankan koherensi putaran pada suhu kamar dan dapat dimanipulasi menggunakan cahaya.
Koherensi putaran mengacu pada putaran elektronik yang mampu mempertahankan informasi kuantum dari waktu ke waktu. Penemuan ini penting karena material yang dapat menampung sifat-sifat kuantum dalam kondisi sekitar sangatlah langka.
Temuan ini dipublikasikan di Bahan alamimengkonfirmasi lebih lanjut bahwa koherensi putaran yang dapat diakses pada suhu kamar lebih lama dari yang dibayangkan para peneliti. “Hasilnya menunjukkan bahwa setelah kita menuliskan keadaan kuantum tertentu pada putaran elektron ini, informasi ini disimpan selama ~1 juta detik, menjadikan sistem ini platform yang sangat menjanjikan untuk aplikasi kuantum,” kata Carmem M. Gilardoni, rekan -penulis makalah dan rekan postdoctoral Rubicon di Laboratorium Cavendish.
“Ini mungkin tampak singkat, tetapi hal yang menarik adalah bahwa sistem ini tidak memerlukan kondisi khusus – sistem ini dapat menyimpan keadaan spin kuantum bahkan pada suhu kamar dan tanpa memerlukan magnet besar.”
Karakteristik Boron Nitrida Heksagonal
Boron Nitrida Heksagonal (hBN) adalah bahan ultra-tipis yang terbuat dari tumpukan satu-atom-lapisannya tebal, seperti lembaran kertas. Lapisan-lapisan ini disatukan oleh gaya antar molekul. Namun terkadang, terdapat ‘cacat atom’ di dalam lapisan ini, mirip dengan kristal dengan molekul yang terperangkap di dalamnya. Cacat ini dapat menyerap dan memancarkan cahaya dalam rentang cahaya tampak dengan transisi optik yang jelas, dan dapat bertindak sebagai perangkap lokal untuk elektron. Karena ‘cacat atom’ dalam hBN ini, para ilmuwan kini dapat mempelajari bagaimana perilaku elektron yang terperangkap ini. Mereka dapat mempelajari sifat putaran, yang memungkinkan elektron berinteraksi dengan medan magnet. Yang benar-benar menarik adalah para peneliti dapat mengontrol dan memanipulasi putaran elektron menggunakan cahaya dalam cacat ini pada suhu kamar.
Temuan ini membuka jalan bagi penerapan teknologi di masa depan, khususnya dalam teknologi penginderaan.
Namun, karena ini adalah pertama kalinya ada orang yang melaporkan koherensi putaran sistem, ada banyak hal yang harus diselidiki sebelum sistem tersebut cukup matang untuk aplikasi teknologi. Para ilmuwan masih mencari cara untuk membuat cacat ini menjadi lebih baik dan lebih dapat diandalkan. Mereka saat ini sedang menyelidiki seberapa jauh kita dapat memperpanjang waktu penyimpanan putaran, dan apakah kita dapat mengoptimalkan parameter sistem dan material yang penting untuk aplikasi teknologi kuantum, seperti stabilitas cacat dari waktu ke waktu dan kualitas cahaya yang dipancarkan oleh cacat ini.
Prospek dan Kesimpulan Masa Depan
“Bekerja dengan sistem ini telah menyoroti kepada kami kekuatan penyelidikan mendasar terhadap material. Mengenai sistem hBN, sebagai sebuah bidang, kita dapat memanfaatkan dinamika keadaan tereksitasi dalam platform material baru lainnya untuk digunakan dalam teknologi kuantum masa depan,” kata Dr. Hannah Stern, penulis pertama makalah ini, yang melakukan penelitian ini di Laboratorium Cavendish dan sekarang menjadi Peneliti Universitas Royal Society dan Dosen di Universitas Manchester.
Di masa depan, para peneliti sedang mempertimbangkan untuk mengembangkan sistem ini lebih lanjut, mengeksplorasi berbagai arah dari sensor kuantum hingga komunikasi yang aman.
“Setiap sistem baru yang menjanjikan akan memperluas perangkat material yang tersedia, dan setiap langkah baru ke arah ini akan memajukan penerapan teknologi kuantum yang terukur. Hasil ini memperkuat potensi material berlapis untuk mencapai tujuan tersebut,” Profesor Mete Atatüre, Kepala Laboratorium Cavendish, yang memimpin proyek ini menyimpulkan.
Referensi: “Putaran Koheren Kuantum dalam Boron Nitrida Heksagonal pada Kondisi Ambien” oleh Hannah L. Stern, Carmem M. Gilardoni, Qiushi Gu, Simone Eizagirre Barker, Oliver FJ Powell, Xiaoxi Deng, Stephanie A. Fraser, Louis Follet, Chi Li , Andrew J. Ramsay, Hark Hoe Tan, Igor Aharonovich dan Mete Atatüre, 20 Mei 2024, Bahan alami.
DOI: 10.1038/s41563-024-01887-z
