Uma equipe liderada pelo professor Wu Kaifeng, do Instituto Dalian de Física Química (DICP) da Academia Chinesa de Ciências, anunciou recentemente sucesso na inicialização, controle e leitura de spins em temperatura ambiente usando pontos quânticos cultivados em solução. Isso representa um avanço significativo no campo da ciência da informação quântica.
O estudo foi publicado recentemente na revista Nature Nanotechnology.
A ciência da informação quântica está preocupada com a manipulação da versão quântica dos bits de informação (chamados qubits). Quando se fala em materiais para processamento de informação quântica, geralmente se pensa naqueles fabricados com as tecnologias mais avançadas e operando em temperaturas muito frias (abaixo de alguns Kelvin), não nos materiais “quentes e bagunçados” sintetizados em solução pelos químicos. Nos últimos anos, testemunhamos a descoberta de defeitos isolados em materiais de estado sólido (como centros NV) que possibilitaram a manipulação de spin-qubit em temperatura ambiente, mas a produção em escala desses “defeitos pontuais” acabará se tornando um desafio.
Pontos quânticos coloidais (QDs), que são minúsculas nanopartículas semicondutoras feitas em solução, podem mudar o jogo. Eles podem ser sintetizados em grandes quantidades em solução a baixo custo, mas com grande sutileza no controle de tamanho e forma. Além disso, eles geralmente são fortemente confinados quânticos, portanto, seus portadores estão bem isolados do banho de fônons, o que pode permitir uma coerência de spin de longa duração à temperatura ambiente. Mas a manipulação coerente de spins em temperatura ambiente em QDs coloidais nunca foi relatada, pois um sistema QD cujos spins podem ser simultaneamente inicializados, girados e lidos em temperatura ambiente ainda precisa ser inventado.
Aqui, os autores mostram que os QDs de perovskita CsPbBr3 cultivados em solução podem realmente atingir esse objetivo intimidador. Spins de buracos polarizados são obtidos por eliminação de elétrons sub-picossegundos, para aceitadores moleculares ancorados na superfície, seguindo uma excitação de pulso de femtosegundo polarizada circularmente. Um campo magnético transversal induz a precessão de Larmor coerente dos spins dos buracos. Um segundo pulso de femtossegundo fora da ressonância gira coerentemente os spins através do efeito Stark óptico, que é ativado pela interação excepcionalmente forte de luz-matéria dos QDs de perovskita. Esses resultados representam o controle total do estado quântico de spins de um único orifício à temperatura ambiente, mantendo uma grande promessa para um futuro escalável e sustentável do processamento de informações quânticas baseado em spin
“Nosso sucesso aqui é possibilitado por uma combinação muito rara de conhecimento em materiais, química e física”, disse o professor Wu. “Fabricamos QDs CsPbBr3 fortemente e uniformemente confinados como o sistema único para o estudo e identificamos moléculas de ligante de superfície apropriadas para extrair rapidamente os elétrons por meio de química de transferência de carga para inicialização de spin de furo à temperatura ambiente. Enquanto isso, fomos capazes de utilizar uma forte interação luz-matéria desses QDs para realizar uma manipulação de rotação coerente.”
Publicado em 05/02/2023 15h36
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