一组国际科学家研究如何控制二维材料中类似原子的杂质的自旋，这是首次观察到原子能量对外部磁场的依赖性。

研究人员说，这项研究的结果发表在《自然材料》上，将引起从事未来量子应用开发工作的学术界和行业研究小组的兴趣。

来自悉尼科技大学(UTS)，维尔茨堡大学，喀山联邦大学和米纳斯吉拉斯州立大学的科学家展示了控制二维材料六方氮化硼中原子状杂质自旋的能力。通过结合激光和微波激发，研究人员能够改变材料中所含原子状杂质的自旋状态，例如从“上”到“下”，并显示出它们的能量对外部磁场的依赖性。

这是首次在单层原子如石墨烯制成的材料中观察到这种现象。研究人员说，这种新近证明的量子自旋光学特性，加上与其他二维材料和器件集成的便捷性，使六方氮化硼确立了其作为先进量子技术硬件的诱人候选物的地位。

该研究的合著者，悉尼科技大学物理学家Mehran Kianinia博士说：“二维原子晶体是目前凝聚态物理学和材料科学领域研究最多的材料。

他说：“从基本的角度来看，他们的物理学令人着迷，但除此之外，我们还可以考虑堆叠不同的二维晶体，​​以创建具有特定设计者特性的全新材料，异质结构和器件。”

UTS研究人员，该研究的资深合著者Carlo Bradac博士说，除了为二维材料的本来就令人印象深刻的一系列特性添加新的独特特性外，这一发现在量子领域也具有巨大潜力感应。

“真正使我兴奋的是(在量子感应方面)的潜力。这些自旋对周围的环境敏感。与3-D固体不同，类原子的系统可以从物体到物体只有几纳米的距离。感，这里可控的自旋正好在表面上。我们的希望是将这些自旋用作微小的传感器和地图，具有空前的空间分辨率，温度变化以及磁场和电场到自旋变化中。”说。

“例如，想象一下，能够使用小至单个原子的传感器来测量微小的磁场。其可能性范围很广，范围从用于纳米级医学诊断和材料化学的核磁共振波谱到使用地球磁场的无GPS导航，“ 他说。

UTS教授Igor Aharonovich表示，基于量子的纳米级磁力测量法“仅仅是控制固体中单旋的有用领域”。

“除了量子感测之外，许多量子计算和量子通信应用还依赖于我们控制固体基质材料中单个原子状系统的自旋态(零，一和介于两者之间的任何能力)的能力。这使我们能够进行编码，存储和编码。以量子比特或量子比特的形式传输信息。”他说。