Дефект в структуре алмаза открывает дорогу к созданию квантовых датчиков
Квантовые датчики с поддержкой работы с биоматериалами могут совсем скоро стать реальностью. И все благодаря недавним исследованиям научных сотрудников Кембриджского университета, которые считают, что их инновационное решение сможет открыть дорогу для создания самых разных наноструктур, пишет hi-news.ru.
Работа ученых была сосредоточена на одной из особенностей алмазов — NV-центре, или азото-замещённой вакансии в алмазах, дефекта строения кристаллической решетки алмаза, возникающей при удалении из его структуры атома углерода, являющегося вакансией (или соединительным узлом) с атомом азота. Путем манипуляции магнитным полем на NV-центр, ученые положили начало развития квантового нанодатчика, который может применяться в самом широком варианте задач.
Одной из таких задач может являться создание сверхвысокочувствительных нанодатчиков. Другой — создание устройства, способного на единичном клеточном уровне заниматься термометрией (измерением температуры).
Ученые надеются, что их открытие также будет способно открыть дорогу для создания и развития очень компактных и сверхвысокоточных приборов для магнитно-резонансной томографии, которые смогут делать сканирование человеческого мозга на уровне единичных нейронов. Такой прибор моментально вызовет фурор в неврологии.
Задачей и одновременно сложностью для ученых явилось угадать момент когерентности магнитного поля внутри NV-центра для возможности дальнейшего использования структуры в своих целях. Каждый NV-центр захватывает электроны, чьи спины (момент импульса) можно контролировать с максимальной точностью за счет различных «раздражителей»: светом, магнитным, электрическим и микроволновыми полями. Благодаря этому можно записывать информацию на спине ядра NV-центра.
Следует отметить, что ученые проводили эксперимент и добрались до NV-центров при использовании довольно крупных алмазов. Однако их открытие доказывает возможность работы и с фрагментами алмазов на микро- и наноуровне, не говоря уже о том, что кембриджские ученые стали вообще первой научной командой, которой удалось добиться таких результатов.
«Результаты наших исследований открывают дорогу к созданию самых крошечных детекторов магнитных полей и температурных датчиков. NV-центры наноалмазных частиц способны определять изменения в этих показателях с точностью до нескольких десятых нанометров. Ни один из существующих на данный момент датчиков даже и близко не может подобраться к таким показателям точности», — объясняет эксперт Хелана Ноулз.
«Мы смогли добиться спиновой когерентности и открытия пространственного разрешения — двух важнейших параметров для различных квантовых технологий», — продолжает ученый.
Подробные результаты работы кембриджских ученых были опубликованы 25 ноября в одном из самых популярных научных журналов Запада Nature Materials.
