3D-tulostustekniikkaa kvanttiantureille

Kvanttitunnisus on nouseva ala, jolla on suuri lupaus, mutta kidealustan rakentaminen näille nanomittakaavan antureille on osoittautunut haastavaksi.

Nyt Berkeleyn tutkijat ovat kehittäneet uuden valmistusmenetelmän kvanttianturihiukkasten strukturoimiseksi monimutkaisiksi 3D-konfiguraatioiksi, jotka voivat havaita tarkasti lämpötilan ja magneettikenttien muutokset mikroskooppisissa ympäristöissä.

Tutkijat käyttivät additiivisia valmistusmenetelmiä tuottaakseen erittäin muokattavia 3D-rakenteita, jotka voivat isännöidä pieniä timantteja, jotka sisältävät kvanttitunnistinelementtejä. Nämä tulostettavat kvanttianturit mahdollistavat herkät mittaukset huoneenlämpötilassa, mikä voi avata oven materiaalitieteen, biologian ja kemian transformatiivisille sovelluksille.

"Työmme esittelee mahdollisuudet integroida kvanttiantureita kehittyneisiin lisäainevalmistustekniikoihin, joiden avulla voimme luoda uusia malleja, jotka eivät muuten olisi mahdollisia", sanoi jatko-opiskelija Brian Blankenship. "Muutaman vuoden kuluttua tätä tekniikkaa voidaan käyttää antureiden liittämiseen mikrofluidiikkaan, elektroniikkaan ja biologisiin järjestelmiin - ja avata uusia mahdollisuuksia kvanttianturien laajamittaiseen käyttöön muihin sovelluksiin, joita emme ole vielä edes ajatelleet."

Konetekniikan professori Costas Grigoropoulos lisäsi, että koska tämä uusi valmistustekniikka mahdollistaa räätälöinnin, rakenteet voidaan suunnitella tarkasti halutuilla ominaisuuksilla. "Nämä arkkitehtuurimateriaalit on optimoitu tarjoamaan räätälöity mekaaninen vaste", sanoi Grigoropoulos. "Ne yhdistävät tunnistus- ja käyttötoiminnot sovelluksiin rakennemateriaaleissa, kudostekniikassa ja optomekaanisissa järjestelmissä."

Kvanttisensorit käyttävät atomien ja valon ominaisuuksia mittaamaan pieniä muutoksia magneetti- ja sähkökentissä, jännityksissä ja lämpötilassa. Nykyään niitä käytetään joissakin maapallon tarkimmissa GPS-järjestelmiä käyttävissä kelloissa, ja näiden antureiden soveltamisesta muilla aloilla, mukaan lukien neurotiede, ollaan erittäin kiinnostuneita.

Mutta kvanttianturien poistaminen vakaista laboratorio-olosuhteista on Grigoropoulosin mukaan vaikeaa. "Monet kvanttitunnistuksen alustat vaativat erittäin kylmiä lämpötiloja toimiakseen oikein", hän sanoi. "Lisäksi näiden materiaalien on usein oltava erittäin puhtaita ja täydellisesti kiteisiä, mikä voi estää niiden käytön monissa käytännön sovelluksissa."

Tämän ongelman ratkaisemiseksi tutkijat käyttivät additiivisia valmistustekniikoita strukturoidakseen kvanttianturihiukkasia eli typpivakanssikeskuksia, jotka ne toimivat yllättävän hyvin huoneenlämmössä ja säilyttävät kvanttiominaisuutensa myös hiukkasina.

Blankenshipin mukaan tutkijat ovat optimistisia, että tämä edistys tasoittaa tietä uusille kvanttitunnistuksen mahdollisuuksille.

"Tämä tekniikka antaa meille nyt mahdollisuuden tulostaa anturielementtejä olemassa oleviin mikrofluidisiruihin, kehittyneisiin puolijohdelaitteisiin ja jopa solukkokehikoihin ja samalla tarjota kehittynyttä diagnostiikkaa näille järjestelmille", hän sanoi. "Ja vaikka artikkelimme keskittyy lämpötilan ja magneettikenttien mittaamiseen, uskomme, että tätä työtä voidaan laajentaa myös muuntyyppisiin mittauksiin."

Aiheesta aiemmin:

Lisää monipuolisia kvanttiantureita

Timanttianturi jatkaa sähköauton matkaa