В мире квантовых технологий учеными предпринимаются усилия по поиску новых материалов для улучшения квантовых вычислений, коммуникаций и сенсоров.
Обычные оксиды, на первый взгляд ничем не примечательные, становятся предметом интереса благодаря своему потенциалу.
Исследования показывают, что введение атомов церия в эти соединения может раскрыть их удивительные свойства, что открывает новые перспективы в области квантовых технологий.
Чтобы понять это, важно разобраться с понятием центров спина, которые представляют собой небольшие магнитные моменты, возникающие внутри кристаллов.
Эти магнитные моменты связаны с электронами, которые обладают спином, ориентированным вверх или вниз.
Ученые научились контролировать это состояние, позволяя использовать его для квантового хранения и передачи информации.
Для таких целей традиционно применяют «алмазы с азотными вакансиями» или «карбид кремния».
Однако, с появлением оксидов, содержащих ионы церия, возникают новые возможности.
Ионы церия, проникая в кристаллическую решетку, создают так называемые «оптически активные центры спина», что означает их способность взаимодействовать со светом.
Эта особенность делает их перспективными для применения в квантовых технологиях.
Ученые смогли «читать» и «записывать» информацию в квантовом мире с помощью лазерного луча, исследуя два материала: оксид магния (MgO) и алюминат магния (MgAl2O4).
Главная цель их экспериментов заключалась в понимании влияния увода церия на оптические свойства этих материалов.
Процесс внедрения церия в кристаллы проходит через так называемый «ионный инжектор», который встраивает ионы в поверхность материала, позволяя контролировать количество и глубину внедрения атомов, подобно квантовой микрохирургии.
После процесса имплантации, материалы подвергаются отжигу, то есть нагреванию в особой атмосфере, что способно изменить их свойства в зависимости от температуры.
При воздействии лазерного луча на материал, атомы церия начинают испускать свет, создавая явление, известное как фотолюминесценция.
Интересным фактом стало то, что алюминат магния светится в 14 раз ярче, чем оксид магния.
Также была изучена поляризационно-зависимая фотолюминесценция, которая обозначает, что интенсивность света, испускаемого церий в алюминате магния, зависит от направления направленного света.
Эта связь открывает новые горизонты для управления квантовыми состояниями частиц, подчеркивая важность поляризации в оптических исследованиях.
Управляемость кубитов является ключевой особенностью квантовых компьютеров.
Исследования фотолюминесценции (ФЛ) Ce-имплантированного MgAl2O4 при различных температурах отжига, а также изучение оптических свойств материалов, обогащенных церием, представляют собой важные этапы в этой области.
При температуре 4 K и воздействии магнитного поля были зафиксированы поляризационно-зависимые оптические свойства при дозе церия 1,0 x 10^14 атомов см-2.
Время жизни атомов церия, влияющее на светопередачу, демонстрирует зависимость от внешнего магнитного поля, давая надежду на создание материалов со значительным временем жизни спина, что откроет новые горизонты для сложных квантовых вычислений.
Это начальное исследование сует большой потенциал для разработки новых устройств квантовой электроники, способных произвести революцию в повседневной жизни.
Возможно, обычные оксиды, которые окружают нас, станут основой для квантовых компьютеров, способных решать сложнейшие задачи.
Крошечные атомы церия могут вдохнуть новую жизнь в мир квантовых технологий.
