Kvanttitason mittauksia

Timanttikvanttianturia käytetään määrittelemään kvantitatiivisesti kromitrijodidin yksittäisten atomikerrosten magneettiset ominaisuudet. Osoitettiin, että peräkkäisten kerrosten spinien suunta vaihtelee kerroksissa.

Baselin yliopiston fyysikot ovat ensimmäistä kertaa onnistuneet mittaamaan atomisesti ohuiden van der Waals -materiaalien magneettisia ominaisuuksia nanomitoissa.

He käyttivät timantti-kvanttiantureita kromitrijodidin yksittäisten atomikerrosten magnetoitumisen määrittämiseksi. Lisäksi he löysivät pitkään haetun selityksen materiaalin epätavallisista magneettisista ominaisuuksista.

Professori Patrick Maletinskin johtama tiimi teki mittaukset atomivoimamikroskoopin timanttikärjellä, joka on koristeltu yhden elektronin spinillä.

”Menetelmämme, joka käyttää yksittäisiä spinejä timanttien värikeskuksissa antureina, avaa kokonaan uuden kentän. Kaksiulotteisten materiaalien magneettisia ominaisuuksia voidaan nyt tutkia nanomitoissa ja jopa kvantitatiivisesti, Maletinsky sanoo.

Innsbrukin yliopiston Fyysikko Tracy Northup ja hänen ryhmä ovat puolestaan osoittaneet menetelmän, jolla näkyvää valoa voidaan mitata sitä tuhoamatta. Normaalisti valoilmaisin muuntaa valon sähköiseksi signaaliksi, jolloin valo menetetään.

Uudenlaista ilmaisinta voidaan käyttää valon kvanttiominaisuuksien tutkimiseen mutta myös rajapintoina siirrettäessä kvantti-informaatiota aineesta valoon ja päinvastoin.

Työssään tutkijat sijoittavat ionisoidun kalsiumatomin kahden onton peilin väliin, joiden läpi ohjataan näkyvää laservaloa. "Ionilla on vain heikko vaikutus valoon", Northup kertoo. "Ionin kvanttimittaukset antavat meille mahdollisuuden tehdä tilastollisia ennusteita valon hiukkasten lukumäärästä kammiossa."

"Tässä yhteydessä voidaan puhua valohiukkasten kvanttianturista", tiivistää Northup, Tulevaisuudessa menetelmää voitaisiin käyttää esimerkiksi valon kvanttitilojen mittaamiseen.

Sydneyn teknillisen yliopiston johdolla tiedemiehet ovat kehittäneet erittäin herkän ja tarkan nanomitoissa toimivan lämpötila-anturin.

Anturi hyödyntää timantti nanopartikkeleiden atomisulkeutumien ominaisuuksia kvanttitasolla. Vaikka puhdas timantti on läpinäkyvä, se sisältää yleensä puutteita, kuten vieraiden atomien sulkeumia. Tutkijat havaitsivat, että timantin epäpuhtauksien säteilevän valon intensiteetti riippuu hyvin vahvasti sen ympäröivästä lämpötilasta.

Tekniikan etuna on, että se on täysin optinen. Mittaus vaatii vain, että nanopartikkeleiden vesiliuoksen pisara joutuu kosketuksiin näytteen kanssa ja sitten mitataan - ei-invasiivisesti - niiden optinen fluoresenssi, kun lasersäde heijastuu niihin.

"Uskomme, että anturi voi mitata lämpötiloja, joiden herkkyys on vertailukelpoinen - tai parempi - nykyisten parhaiden optisten mikro- ja nano-lämpömittareiden herkkyys, samalla kun tällä hetkellä sillä on suurin paikkatarkkuus", tohtori Trong Toan Tran kertoo.

Menetelmä on jo käytössä. Tutkijat käyttävät sitä tällä hetkellä lämpötilamuutosten mittaamiseen sekä biologisissa näytteissä että suuritehoisissa elektroniikkapiireissä.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttianturi tehostaa syövän hoitoa

Timanttianturi tunnistaa solutason ilmiöitä