除了带有电荷外，像电子这样的亚原子粒子还具有一种被称为自旋的特性，电子自旋能产生磁性。近年来已出现了使用自旋来存储信息的新提议，有望提高能源效率并为通信和传感设备带来新的功能。

在一项研究中，来自埃因霍温科技大学的Adonai Rodrigues Da Cruz使用了理论和数值模拟来更详细地研究了自旋动力学。5月3日，他通过发表在《Applied Physics》上的一篇论文对他的博士学位进行了答辩。

控制单量子态的能力对于开发用于未来通信、传感和信息处理设备的新量子技术是至关重要的。近年来，科学家已经提出了许多利用电子自旋的这种量子能力来存储数字信息的新方法。

在携带自旋的半导体材料中利用缺陷(所谓的自旋缺陷)已被推广到制造量子比特的材料上，这是任何量子技术的关键组成部分。

基于自旋缺陷的量子传感器已开始商业化，例如基于金刚石中的氮空位(NV)色心开发的传感器，已成为纳米级磁测量中最令人兴奋的新技术。通过控制和查看这种晶体缺陷的自旋状态，研究人员已经能够测量极小的磁场，从而能更详细地研究新材料的特性。

到目前为止，有关半导体单个缺陷的实验和理论研究都只更多地关注在自旋部分，而在很大程度上忽略了自旋轨道对缺陷周围局部特性的贡献。

在他研究中，Da Cruz寻求更好地了解轨道效应。他的见解是通过发展理论方法来描述不同材料中的循环电流而得来的。利用二维半导体中电子传播的数值模拟和解析表达式，他准确地预测了纳米电流如何根据周围环境而分布。

边缘磁场可以由位于半导体内部的单自旋缺陷周围的循环电流来产生。Da Cruz研究的主要发现之一是边缘磁场的大小和空间维度都在当前基于NV色心的探针所在的灵敏度范围内。因此，扫描NV传感器可以用来作为研究与单个缺陷相关的内部轨道磁性的直接探针。

Da Cruz的工作还表明，电流的空间特征可以通过外部选通来进行强烈调节，从而开辟了用电控制短距离自旋耦合的可能性，这对于量子纠缠门(量子计算中的重要操作)来说是至关重要的。（编译:Qtech）