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使用单自旋量子位对原子层薄材料进行磁共振波谱学研究。

Magnetic resonance spectroscopy of an atomically thin material using a single-spin qubit.

机构信息

Department of Physics, Harvard University, Cambridge, MA 02138, USA.

Department of Chemistry and Chemical Biology, Harvard University, Cambridge, MA 02138, USA.

出版信息

Science. 2017 Feb 3;355(6324):503-507. doi: 10.1126/science.aal2538. Epub 2017 Jan 19.

DOI:10.1126/science.aal2538
PMID:28104795
Abstract

Two-dimensional (2D) materials offer a promising platform for exploring condensed matter phenomena and developing technological applications. However, the reduction of material dimensions to the atomic scale poses a challenge for traditional measurement and interfacing techniques that typically couple to macroscopic observables. We demonstrate a method for probing the properties of 2D materials via nanometer-scale nuclear quadrupole resonance (NQR) spectroscopy using individual atomlike impurities in diamond. Coherent manipulation of shallow nitrogen-vacancy (NV) color centers enables the probing of nanoscale ensembles down to approximately 30 nuclear spins in atomically thin hexagonal boron nitride (h-BN). The characterization of low-dimensional nanoscale materials could enable the development of new quantum hybrid systems, combining atomlike systems coherently coupled with individual atoms in 2D materials.

摘要

二维(2D)材料为探索凝聚态现象和开发技术应用提供了一个有前景的平台。然而,将材料维度降低到原子尺度对传统的测量和接口技术提出了挑战,因为这些技术通常与宏观可观测量相关联。我们展示了一种使用金刚石中的单个类原子杂质通过纳米级核四极共振(NQR)光谱探测 2D 材料性质的方法。通过浅氮空位(NV)色心的相干操纵,实现了对原子级薄六方氮化硼(h-BN)中约 30 个核自旋的纳米级聚集体的探测。对低维纳米尺度材料的特性进行表征,可能会开发出新型的量子混合系统,将类原子系统与 2D 材料中的单个原子进行相干耦合。

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