Un equipo de investigadores del Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) ha desarrollado un método innovador que permite detectar los estados de espín individuales en defectos de diamantes, específicamente en los centros de vacío de nitrógeno (NV). Este avance podría facilitar la creación de dispositivos cuánticos más compactos y eficientes, aplicando principios de la mecánica cuántica en tecnología.
Los defectos en los sólidos, a menudo considerados indeseables, pueden ofrecer oportunidades inesperadas. En el caso de los diamantes, los centros NV son defectos que permiten manipular los estados de espín mediante microondas. Esta capacidad los convierte en candidatos ideales para ser utilizados como sensores de alta sensibilidad o qubits en ordenadores cuánticos. Sin embargo, la lectura de estos estados de espín es una tarea complicada, dado que la señal emitida es sumamente débil, ya que se basa en la emisión de un único fotón cuando el espín cambia de estado.
Método de fotovoltaica para la detección de espines individuales
El equipo de HZB ha publicado sus hallazgos en la revista Nature Communications, donde presentan una nueva técnica que utiliza fotovoltaica para resolver el desafío de la detección de espines. Según el Dr. Boris Naydenov, uno de los investigadores, “la idea era que estos centros de defecto no solo poseen un estado de espín, sino también carga eléctrica”. Esta carga se puede medir mediante una variante de la microscopía de fuerza atómica conocida como microscopía de fuerza de Kelvin (KPFM), que ha sido adaptada para el estudio de estos defectos.
El método consiste en excitar los centros NV con un láser, lo que genera portadores de carga libres que son capturados por los estados de superficie, creando una diferencia de potencial que puede ser medida alrededor del centro NV. “El fotovoltaico depende del estado de espín del centro NV, y así podemos leer el espín individual”, explica Sergei Trofimov, quien realizó las mediciones como parte de su proyecto de doctorado. Esta técnica no solo permite la lectura del espín, sino también la captura de la dinámica del espín mediante la manipulación coherente de los estados de espín a través de excitación por microondas.
El profesor Klaus Lips, líder del departamento de Espines en Conversión de Energía y Ciencia de Información Cuántica, destaca que “esto abriría el camino hacia el desarrollo de dispositivos diminutos y compactos basados en diamantes, ya que solo se necesitan contactos adecuados en lugar de complejas ópticas microscópicas y detectores de un solo fotón”. Además, este nuevo método de lectura podría ser aplicable a otros sistemas de física de sólidos donde se haya observado resonancia de espín electrónico en defectos.
