Создан квантовый датчик на основе карбида кремния, работающий при комнатной температуре

Международная группа исследователей разработала новый квантовый сенсор на основе спиновых кубитов карбида кремния, который стабильно работает при комнатной температуре. Статья об этом была опубликована в журнале Nature Materials.

Ключевым достижением стала разработка специальной поверхности материала, которая подавляет шумы, мешавшие работе квантовых датчиков. Как объяснил старший автор работы Адам Гали, стандартная оксидная поверхность карбида кремния создаёт помехи, которые «заглушают» полезные сигналы от квантовых дефектов.

«Мы создали чистую, стабильную, био-совместимую поверхность SiC, которая не генерирует шум, чтобы неглубокие квантовые дефекты под ней могли делать то, что у них получается лучше всего — детектировать внешние сигналы с высокой чёткостью даже при комнатной температуре», — сказал Гали.

Учёные создали поверхность с алкеновым покрытием вместо обычного оксида, что позволило значительно снизить уровень шума. Это дало возможность получить чистые сигналы от дефектов, расположенных всего в нескольких нанометрах под поверхностью.

Новый датчик использует дефекты типа «дивакансий» в структуре карбида кремния, которые ведут себя как крошечные квантовые спины. Эти спины можно контролировать с помощью лазеров и микроволн, а их близость к поверхности делает их чрезвычайно чувствительными к магнитным и химическим сигналам.

Дополнительным преимуществом является то, что дефекты в карбиде кремния естественным образом излучают свет в ближнем инфракрасном диапазоне, который хорошо проникает через биологические материалы и жидкости.

Исследователи уже планируют дальнейшее совершенствование технологии, включая использование изотопически очищенного карбида кремния для увеличения времени когерентности спинов и повышения чувствительности системы.

Разработка открывает перспективы для создания наноразмерных датчиков магнитного поля, проведения ЯМР-анализа малых молекулярных образцов и исследования химических и биологических процессов в реальном времени.