Resumen:
Un equipo de la Universidad de Buffalo utilizó cálculos de primeros principios para predecir qué tipo de "huellas dactilares" ópticas producirían diferentes defectos atómicos en el nitruro de boro hexagonal al encontrarse con la luz láser. El estudio analizó diez tipos de defectos, incluidas las vacantes de átomos de boro o nitrógeno, y las estructuras defectuosas formadas por átomos de carbono que reemplazan las posiciones de boro y nitrógeno, y descubrió que cambiarían la intensidad y las características de polarización de la señal luminosa generada por el material.
El nitruro de boro hexagonal es un material bidimensional que ha llamado la atención, formado por átomos de boro y nitrógeno dispuestos en una estructura de panal. Las investigaciones muestran que los defectos tienen poco impacto en la respuesta óptica lineal ordinaria del material, pero pueden mejorar significativamente el efecto óptico no lineal: algunas estructuras pueden permitir que el láser incidente genere luz con el doble o el triple de frecuencia. Entre ellos, la señal del segundo armónico del complejo defectuoso del átomo de carbono puede mejorarse en varios órdenes de magnitud y la señal cambia con la dirección de polarización.
Se espera que estas diferencias ayuden a los investigadores a determinar qué átomos contienen los defectos y cómo están dispuestos. Incluso si el defecto consta del mismo tipo y número de átomos, el espectro de polarización resultante puede ser diferente siempre que la geometría sea diferente. Por ejemplo, de dos disposiciones de cuatro carbonos simuladas en el estudio, se esperaba que una produjera una señal fuerte en ambas direcciones de polarización, mientras que la otra se mejorara significativamente en una sola dirección. El equipo de investigación también midió muestras de nitruro de boro dopado con carbono y los resultados experimentales respaldaron cualitativamente las tendencias predichas por los cálculos; sin embargo, este trabajo aún no ha demostrado un dispositivo de detección maduro que pueda identificar defectos atómicos individuales uno por uno.
Algunos defectos de nitruro de boro hexagonales pueden emitir un fotón a la vez y se espera que se utilicen en comunicaciones cuánticas y detección de alta sensibilidad. Los investigadores esperan utilizar estas características ópticas para detectar defectos adecuados para generar luz cuántica y controlar aún más su ubicación en el material, creando en última instancia una matriz compuesta de múltiples fuentes de luz cuántica dispuestas con precisión. La investigación relevante se publicó en Nano Letters. Actualmente, proporciona principalmente bases teóricas para identificar y diseñar defectos. Los dispositivos cuánticos prácticos aún requieren verificación y desarrollo de ingeniería posteriores.
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