Riassunto:
Un team dell'Università di Buffalo ha utilizzato calcoli basati sui principi primi per prevedere che tipo di "impronte digitali" ottiche i diversi difetti atomici nel nitruro di boro esagonale avrebbero prodotto quando incontrassero la luce laser. Lo studio ha analizzato dieci tipi di difetti, tra cui posti vacanti di atomi di boro o azoto e strutture di difetti formate da atomi di carbonio che sostituiscono le posizioni di boro e azoto, e ha scoperto che avrebbero cambiato l’intensità e le caratteristiche di polarizzazione del segnale luminoso generato dal materiale.
Il nitruro di boro esagonale è un materiale bidimensionale che ha attirato l'attenzione, costituito da atomi di boro e azoto disposti in una struttura a nido d'ape. La ricerca mostra che i difetti hanno un impatto minimo sulla risposta ottica lineare ordinaria del materiale, ma possono migliorare significativamente l'effetto ottico non lineare: alcune strutture possono consentire al laser incidente di generare luce con una frequenza doppia o tripla. Tra questi, il segnale della seconda armonica del complesso dei difetti dell'atomo di carbonio può essere potenziato di diversi ordini di grandezza e il segnale cambia con la direzione di polarizzazione.
Si prevede che queste differenze aiutino i ricercatori a individuare quali atomi contengono i difetti e come sono disposti. Anche se il difetto è costituito dallo stesso tipo e numero di atomi, lo spettro di polarizzazione risultante può essere diverso purché la geometria sia diversa. Ad esempio, delle due disposizioni a quattro atomi di carbonio simulate dallo studio, ci si aspettava che una producesse un segnale forte in entrambe le direzioni di polarizzazione, mentre l’altra sarebbe stata significativamente potenziata in una sola direzione. Il gruppo di ricerca ha anche misurato campioni di nitruro di boro drogato con carbonio e i risultati sperimentali hanno supportato qualitativamente le tendenze previste dai calcoli; tuttavia, questo lavoro non ha ancora dimostrato un dispositivo di rilevamento maturo in grado di identificare i singoli difetti atomici uno per uno.
Alcuni difetti del nitruro di boro esagonale possono emettere un fotone alla volta e si prevede che verranno utilizzati nelle comunicazioni quantistiche e nel rilevamento ad alta sensibilità. I ricercatori sperano di utilizzare queste caratteristiche ottiche per eliminare i difetti adatti a generare luce quantistica e controllare ulteriormente la loro posizione nel materiale, creando infine una matrice composta da più sorgenti di luce quantistica disposte con precisione. Una ricerca pertinente è stata pubblicata su Nano Letters. Attualmente fornisce principalmente basi teoriche per identificare e progettare i difetti. I dispositivi quantistici pratici richiedono ancora successive verifiche e sviluppi ingegneristici.
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