ساخت حسگر کوانتومی از جنس الماس با قابلیت تشخیص دما و مغناطیس

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، محققان دانشگاه RMIT تراشه حسگری دو بُعدی کوانتومی با استفاده از نیترید بور شش ضلعی (HBN) ساختند که می‌تواند هم‌زمان ناهنجاری‌های دمایی و میدان مغناطیسی را در هر جهت تشخیص دهد. نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان Multi-species optically addressable spin defects in a van der Waals material در نشریه Nature Communications به چاپ رسیده است.

تا پیش از این، تراشه‌های حسگری کوانتومی از جنس الماس هر چند که پلتفرم‌های خیلی قوی محسوب می‌شدند اما همیشه محدودیتی را نیز به کاربر تحمیل می‌کردند. به طوری که این حسگرها فقط می‌توانند زمینه‌های مغناطیسی را هنگام تراز بودن در جهت میدان تشخیص دهند. در صورت عدم تراز بودن، آن‌ها نقاط کور بزرگی دارند. در نتیجه، مگنتومترهای ساخته شده از الماس باید حاوی حسگرهای متعدد در درجه‌های مختلف باشند.

این باعث افزایش دشواری عملکرد و در نتیجه، تطبیق‌ناپذیری در استفاده در کاربردهای مختلف می‌شود. علاوه بر این، ماهیت سفت و سخت و سه بُعدی حسگرکوانتومی به این معنی است که این حسگر برای استفاده در نمونه‌هایی که کاملا صاف نیستند با محدودیت روبه‌رو می‌شوند.

برای حل این مشکل، ژان-فیلیپ تتین (از دانشگاه RMIT) و ایگور آهارونوویچ (از دانشگاه صنعتی سیدنی) پلت فرم حسگری کوانتومی جدیدی با استفاده از HBN هستند. این کریستال‌های HBN از لایه‌هایی از ورق‌های ضخیم اتمی تشکیل شده و انعطاف‌پذیر هستند که به تراشه اجازه می‌دهد تا با شکل نمونه مورد مطالعه مطابقت داشته باشند و بسیار نزدیک به نمونه شوند.

نقص‌های مختلفی در ساختار HBN وجود دارد که پدیده‌های نوری مختلفی را ایجاد می‌کند. یک نقص مبتنی بر کربن که اخیراً کشف شده، میدان‌های مغناطیسی را از هر جهت تشخیص می‌دهد اما تاکنون برای تصویربرداری مغناطیسی مورد استفاده قرار نگرفته است.

در تلاش برای تعیین ساختار این نقص ناشناس، این تیم آزمایش اندازه‌گیری ربی (Rabi) را انجام داد و نتایج را با نقص جای خالی که در HBN نیز وجود داشت، مقایسه کرد. نقص جای خالی بور می‌تواند برای اندازه‌گیری دما در سطح کوانتومی استفاده شود. از طریق این مقایسه، آن‌ها کشف کردند که این نقص جدید همان چیزی است که حسگر را برای تشخیص میدان‌های مغناطیسی از هر جهت مجهز می‌کند.

این گروه معتقداند که از این فناوری می‌توان برای حسگری کوانتومی به منظور شناسایی ویژگی‌های مغناطیسی در حوزه زمین‌شناسی استفاده کرد.