Studiuesit kanë sukses në rregullimin e sensorëve kuantikë në shkallë nano në objektivat e dëshiruara

Shkencëtarët e Universitetit të Tokios kanë arritur detyrën delikate të rregullimit të sensorëve kuantikë në një shkallë nano, duke i lejuar ata të zbulojnë ndryshime jashtëzakonisht të vogla në fushat magnetike. Sensorët kuantikë me rezolucion të lartë do të kenë përdorime të mundshme në materialet kuantike dhe kërkimin e pajisjeve elektronike. Për shembull, sensorët mund të ndihmojnë në zhvillimin e disqeve të ngurta që përdorin materiale nano-magnetike si elementë ruajtjeje. Ky është imazhi i parë i suksesshëm në botë i fushës magnetike me rezolucion të lartë duke përdorur një rregullim në shkallë nano të sensorëve kuantikë.

Sensorët na rrethojnë në jetën tonë të përditshme, nga dritat e garazhit te detektorët e tymit dhe madje edhe atomet. Sensorët kuantikë ndiejnë mjedisin rreth tyre duke përdorur vetitë e një atomi. Për shembull, një atom ndryshon rrotullimin e tij, i cili merr dy vlera si polet e një magneti, në përgjigje të një fushe magnetike. Sensorët e fushës magnetike kanë shumë aplikime në pajisjet biomjekësore dhe kërkimin e materialeve kuantike, duke përfshirë superpërçuesit.

Kento Sasaki, një asistent profesor në Universitetin e Tokios, thotë: “Duke përdorur një sensor kaq të paparë, ne duam të vëzhgojmë një botë mikroskopike që askush nuk e ka parë ndonjëherë.”

Studiuesit donin të zhvillonin sensorë kuantikë të qëndrueshëm të vendosur pranë objektivave si telat dhe disqet. Por deri më tani, ka qenë sfiduese për të rregulluar saktësisht atomet për të arritur aftësinë për të ndjerë ndryshimet e vogla në fushën magnetike.

“Megjithëse sensorët kuantikë individualë janë të vegjël, rezolucioni i tyre hapësinor është i kufizuar nga distanca midis sensorit dhe objektivit të matjes,” thotë Sasaki. Për të zgjidhur problemin, studiuesit krijuan një teknikë për krijimin e sensorëve kuantikë me madhësi nano në sipërfaqen e objektivit të matjes.

Si sensorë kuantikë, ekipi përdori boshllëqet e borit ose defektet e rrjetës në nitridin gjashtëkëndor dydimensional të borit, një material kristalor i hollë me atome azotike dhe bor. Defekti i boshllëkut të borit është fëmija i ri në bllok që nga zbulimi i tij si një sensor i rrotullimit kuantik në 2020.

Duke tërhequr shiritin skocez nga kristali, ekipi mori një film të hollë gjashtëkëndor nitridi bori. Studiuesit e lidhën filmin e hollë në telin e arit të synuar. Më pas ata bombarduan filmin me një rreze jonesh helium me shpejtësi të lartë, duke nxjerrë atomet e borit dhe duke formuar vendet e lira të borit prej 100 nm2.

Çdo vend përmban shumë vende të lira me madhësi atomi që sillen si gjilpëra të vogla magnetike. Sa më afër të jenë pikat me njëra-tjetrën, aq më e mirë është rezolucioni hapësinor i sensorëve. Ndërsa rryma kalonte nëpër tela, ekipi mati fushën magnetike në çdo pikë bazuar në intensitetin e dritës së emetuar nga pikat në prani të mikrovalëve. Studiuesit u mahnitën kur vlerat e matura të fushës magnetike përputheshin ngushtë me vlerat e simuluara, duke vërtetuar efikasitetin e sensorëve kuantikë me rezolucion të lartë.

Ndryshimi në gjendjen e rrotullimit të sensorit në prani të një fushe magnetike mund të zbulohet edhe në temperaturën e dhomës, duke mundësuar kështu zbulimin e lehtë të fushës magnetike lokale dhe rrymave. Për më tepër, nanofilmat e nitridit të borit ngjiten në objekte vetëm me forcën e van der Waals, që do të thotë se sensorët kuantikë ngjiten lehtësisht në materiale të ndryshme.

Sasaki dhe ekipi i tij planifikojnë të aplikojnë këtë teknikë për kërkime mbi fizikën e lëndës së kondensuar dhe materialet kuantike. “Do të mundësojë zbulimin e drejtpërdrejtë të fushës magnetike, për shembull, nga gjendjet e veçanta në skajet e grafenit dhe pikat kuantike mikroskopike,” shton Sasaki.

Sensorët kuantikë të madhësisë së atomit kanë filluar të revolucionarizojnë mënyrën se si ne ndjejmë mjediset mikroskopike dhe kështu kuptojmë edhe vetitë makroskopike. Aplikimet e tyre shkojnë përtej kërkimit shkencor bazë. Ato mund të ndihmojnë në imazhin e trurit të njeriut, të gjeolokojnë me saktësi, të hartojnë mjedise nëntokësore dhe të zbulojnë zhvendosjet tektonike dhe shpërthimet vullkanike. Sasaki dhe ekipi i tij presin përdorimet e mundshme të sensorëve të tyre kuantikë në shkallë nano në gjysmëpërçuesit, materialet magnetike dhe superpërçuesit.