Kredit:Shutterstock
Förutom laddning har subatomära partiklar som elektroner också en egenskap som kallas spinn, som är ansvarig för magnetism. Nya förslag om att använda spin för att lagra information har dykt upp under de senaste åren med löftet att bli mer energieffektiva och att tillföra nya funktioner till enheter för kommunikation och avkänning. För sin Ph.D. forskning, studerade Adonai Rodrigues Da Cruz spindynamiken mer i detalj med hjälp av teori och numeriska simuleringar. Han försvarade sin avhandling vid institutionen för tillämpad fysik den 3 maj.
Snurrdefekter
Förmågan att kontrollera enskilda kvanttillstånd är avgörande för utvecklingen av ny kvantteknologi för framtida kommunikations-, avkännings- och informationsbehandlingsenheter. Under de senaste åren har ett antal nya sätt att använda elektronspin för att lagra digital information i sådana kvantteknologier föreslagits.
Användningen av defekter i halvledarmaterial som bär spinn (så kallade spindefekter) har främjats som material för att skapa kvantbitar – nyckelkomponenten i all kvantteknologi.
Sensorer baserade på spinndefekter, såsom kvävevakanscentrum (NV) i diamant, är redan kommersiellt tillgängliga och har dykt upp som den mest spännande nya tekniken för magnetiska mätningar i nanoskala. Genom att kontrollera och undersöka spinntillståndet för denna kristalldefekt har forskare kunnat mäta extremt små magnetfält och därmed studera egenskaperna hos nya material mer i detalj.
Förstå orbitala effekter
Hittills har både experimentella och teoretiska studier av enstaka defekter i halvledare fokuserat mer på spindelen och till stor del försummat orbitalbidraget till de lokala egenskaperna kring defekterna.
För sin Ph.D. forskning, sökte Adonai Rodrigues Da Cruz en bättre förståelse av orbitaleffekterna. Denna insikt gavs genom utvecklingen av teoretiska formalismer för att beskriva cirkulerande strömmar i olika material. Med hjälp av numeriska simuleringar och analytiska uttryck för fortplantning av elektroner i tvådimensionella halvledare förutspådde han exakt hur nanoströmmar fördelar sig efter den omgivande miljön.
Kantmagnetiska fält kan genereras av de cirkulerande strömmarna runt enstaka spindefekter som finns inuti halvledarna. En av huvudfynden av Da Cruz forskning är att både magnituden och rumsliga dimensionerna av det magnetiska randfältet ligger inom det önskade känslighetsområdet för nuvarande NV-baserade sonder. Därför skulle en skanande NV-sensor kunna användas som en direkt sond för den inre orbitala magnetismen som är associerad med enstaka defekter.
Da Cruz arbete antyder också att de rumsliga egenskaperna hos strömmarna kan ställas in starkt genom extern grindning, vilket öppnar upp möjligheten att elektriskt styra kortdistansspinkopplingar, vilket är väsentligt för kvantentangling gate, en viktig operation inom kvantberäkning. + Utforska vidare
