En artificiellt skapad spinndefekt (qubit) i ett kristallgitter av bornitrid är lämplig som en sensor som möjliggör mätning av olika förändringar i sin lokala miljö. Qubiten är en bor-vakans belägen i ett tvådimensionellt lager av hexagonal bornitrid och har en vinkelmoment (spinn).

Defekten är mycket känsligt för atommiljön, till exempel avstånden till andra atomer eller atomlager.

"Detta tillåter lokala mätningar av magnetfält, temperatur och jämnt tryck, "säger professor Vladimir Dyakonov, chef för ordföranden för experimentell fysik VI vid Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg i Bayern, Tyskland. Mätningar utförs helt optiskt med en laser - därför sensorn kräver ingen elektrisk kontakt.

"Modulera och avaktivera mikrovågor med olika frekvenser, centrifugeringsdefekten kan manipuleras för att härleda olika yttre påverkan såsom temperatur, tryck och magnetfält, "förklarar Andreas Gottscholl. Fysikdoktoranden vid JMU är första författare till publikationen i tidskriften Naturkommunikation , som presenterar den nya sensorn.

Egenskaper hos den nya sensorn

Atomsensorer baserade på snurrfel finns redan:de är gjorda av diamant- eller kiselkarbid och är lämpliga för lokala mätningar av temperatur och magnetfält. "Vår bornitridsensor ger ett ytterligare svar på yttre tryckförändringar och överstiger känsligheten hos tidigare system, särskilt vid låga temperaturer, "förklarar Gottscholl.

"En annan ny egenskap hos vår snurrfel är dess placering i ett tvådimensionellt kristallgitter. Jämfört med de etablerade tredimensionella systemen baserade på diamant- eller kiselkarbid, det ger helt nya applikationsmöjligheter, "tillägger Würzburg -fysikern.

Exempel:Bornitrid betraktas för närvarande som standardmaterial för inkapsling av nya 2D-enheter, såsom transistorer i nanometerstorlek. "Med vårt arbete, vi har visat att vi artificiellt kan bädda in atomgivare i det mycket använda materialet bornitrid. Detta bör göra det möjligt att direkt mäta influenser som temperatur, tryck och magnetfält på de undersökta enheterna. "

Nästa forskningssteg

Än så länge, forskarna har visat sensorns funktionalitet på en stor ensemble med flera miljoner snurrfel. Nästa, de vill visa avkänning med enstaka snurrfel. Om detta lyckas, en applikation på nanometerskala skulle vara genomförbar.

"Särskilt intressant är tanken på att använda bornitrid av endast ett atomskikt, sålunda placeras sensorn direkt på ytan av det undersökta systemet, "säger professor Dyakonov. Detta skulle möjliggöra direkt interaktion med den närmaste miljön.

Sensorns tillämpningsområde

Tillämpningar inom materialforskning, enhetsutveckling eller biologi kan vara intressant för att få ny insikt inom dessa områden. Förutom andra möjliga vetenskapliga implementeringar, det är också tänkbart på lång sikt att använda snurrfelet som en kommersiell sensor - detta kan revolutionera medicinsk bildteknik, eftersom sensorn kunde kartlägga lokala temperaturer som en bildkontrast, till exempel.