Ośrodek skazy diamentu pomaga naukowcom mierzyć pola elektryczne
Naukowcy uznają wagę roli pełnionej przez pola elektryczne w przyrodzie i technice. Regulacja tych pól umożliwia przesyłanie impulsów nerwowych i działanie nowoczesnych pamięci danych (tak zwanych pamięci typu flash) poprzez zachowywanie ładunków elektrycznych. Jednak nie udawało się naukowcom uzyskać ultraprecyzyjnego odczytu pól elektrycznych za pomocą technik pomiarów fizycznych. Do tej pory. Dzięki wykorzystaniu jednego ośrodka skazy w diamencie, naukowcom z Uniwersytetu w Stuttgarcie w Niemczech udało się zmierzyć pola elektryczne. Badania, których wyniki zaprezentowano w czasopiśmie Nature Physics, zostały częściowo dofinansowane ze środków unijnych. Ładunki elektryczne wykorzystują rozmaite sposoby, aby kontrolować niemal 100% wszystkich procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych. Przykładem jest kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) i dokładne rozmieszczenie w nim elektronów. To rozmieszczenie ma zasadnicze znaczenie dla precyzyjnego przekazywania informacji genetycznej, a z kolei nowoczesne obwody elektryczne wywołują prądy elektryczne w postaci pojedynczych elektronów. Eksperci twierdzą, że pomiar pomniejszych pól elektronowych powiązanych z ładunkiem to nie łatwe zadanie. I tutaj do akcji wkracza zespół ze Stuttgartu, który opracował nowy czujnik składający się z jednego tylko atomu. Ten atom azotu, jak twierdzą naukowcy, to zanieczyszczenie uwięzione w diamencie. Zespół wyjaśnia, że sieć przestrzenna diamentu "unieruchamia" atom i umożliwia laserowi skierowanie się do jądrowego ośrodka wakansów. "Interakcję atomu z mierzonym polem można ustalić na podstawie światła emitowanego przez zanieczyszczenie, co pozwala zmierzyć pola elektryczne będące zaledwie ułamkiem pola elektrycznego ładunku elementarnego w odległości 0,1 mikrometra" - wyjaśniają naukowcy. Zważywszy na fakt, że czujnik jest wielkości mniej więcej atomu, naukowcy mogą mierzyć pola elektryczne z taką samą dokładnością przestrzenną. Odczyt optyczny generowany przez czujnik umożliwia umieszczenie go w dowolnej geometrii. Proces osiąga również czułość i rozdzielczość w temperaturze pokojowej w warunkach otoczenia. Podczas gdy naukowcom udało się wykazać istnienie małych pól magnetycznych, ostatnie odkrycie będące połączeniem obydwu technik pomiaru umożliwia pomiar pól elektrycznych i magnetycznych w jednym miejscu bez zmiany czujnika - podkreśla zespół. Dzięki temu nowemu osiągnięciu mogą pojawić się - i pojawią się - nowe zastosowania. Pomiar rozmieszczenia momentów magnetycznych jąder związków chemicznych w tym samym czasie jest tego przykładem - twierdzą naukowcy, dodając że struktura substancji i jej reaktywność chemiczna może być mierzona jednocześnie. "Możliwość czułego wykrywania pojedynczych ładunków w warunkach otoczenia przyda się w szerokim zakresie zastosowań w wielu dyscyplinach" - czytamy w artykule. "Jednakże bieżące techniki ograniczają się do metod niskotemperaturowych, takich jak tranzystory jednoelektronowe, mikroskopia sił elektrostatycznych pojedynczego elektronu i skaningowa mikroskopia tunelowa. Tutaj wprowadzamy technikę metrologii kwantowej, wykazując dokładność trójwymiarowego pomiaru pola elektrycznego za pomocą spinu pojedynczego ośrodka skazy centrów barwnych w diamencie." Część dofinansowania badań pochodziła z następujących projektów unijnych: QAP (Aplikacje kubitowe), który otrzymał 9,9 mln EUR z tematu "Technologie społeczeństwa informacyjnego" (IST) Szóstego Programu Ramowego (6PR); EQUIND (Zmodyfikowana informacja kwantowa w diamencie nanostrukturalnym), któremu przyznano 1,66 mln EUR z tematu IST 6PR; NEDQIT (Nanozmodyfikowany diament w informatyce kwantowej), projekt ERA-NET NANO-SCI; oraz projekt SOLID (Układy stanów stałych w przetwarzaniu informacji kwantowej), który otrzymał 5 mln EUR z tematu "Technologie informacyjne i komunikacyjne" (TIK) Siódmego Programu Ramowego (7PR) UE.Więcej informacji: Uniwersytet w Stuttgarcie: http://www.uni-stuttgart.de/home/index.en.html Nature Physics: http://www.nature.com/nphys/index.html
Kraje
Niemcy