Skip to main content
European Commission logo print header

Nanoscale magnetic imaging with quantum sensors

Article Category

Article available in the following languages:

Niewielkie czujniki magnetyczne umożliwią nowe odkrycia oraz otworzą dostęp do nowych informacji

Bezpośrednia obserwacja gołym okiem pozwala nam na zdobywanie różnorodnych rodzajów wiedzy, a postęp techniczny oraz opracowanie zaawansowanych urządzeń pozwoliły nam na znaczące poszerzenie naszych perspektyw. Dzięki badaniom prowadzonym przez naukowców finansowanych przez Unię Europejską czeka nas prawdziwa rewolucja – mikroskop kwantowy, pozwalający na nieinwazyjne obrazowanie magnetyczne materiałów, charakteryzujący się niespotykaną dotąd rozdzielczością.

Technologie przemysłowe icon Technologie przemysłowe

Obserwacje i eksperymenty stanowią źródło informacji o otaczającym nas świecie fizycznym. Urządzenia obserwacyjne takie jak teleskopy czy mikroskopy sił atomowych pozwoliły nam na odkrycie zadziwiających procesów i zjawisk, które występują zbyt daleko lub na zbyt małą skalę, aby można było obserwować je gołym okiem. Trwają dalsze postępy w tej dziedzinie, do których przyczynili się między innymi europejscy naukowcy zatrudnieni w szwajcarskim start-upie Qnami, którzy opracowali nowatorskie nanoczujniki kwantowe. Nanoczujniki umożliwiają bezinwazyjną „wizualizację” próbek, jednocześnie zapewniając najwyższą rozdzielczość przestrzenną wśród rozwiązań dostępnych na rynku. Dzięki finansowanemu przez Unię Europejską projektowi NanoMAGIQ, zespół zdobył wiedzę na temat rynku, dzięki której otrzymał możliwość ubiegania się o dodatkowe finansowanie, optymalizacji opracowanej technologii oraz wprowadzenia produktu na rynek.

Diamenty to najlepsi przyjaciele czujników kwantowych

Jak twierdzi Mathieu Munsch, prezes firmy Qnami oraz koordynator projektu: „W przeciwieństwie do komputerów kwantowych, które wymagają minimalizacji wpływu otoczenia, co osiąga się między innymi dzięki pracy w próżni w temperaturach kriogenicznych, czujniki kwantowe wykorzystują ekstremalną wrażliwość systemów kwantowych na swoje otoczenie w celu wykonywania bardzo precyzyjnych pomiarów”. W oparciu o pionierskie odkrycia i prace realizowane przez Laboratorium Czujników Kwantowych Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Bazylei, firma Qnami skoncentrowała się na opracowaniu wyjątkowej technologii czujników kwantowych, opartej na zjawisku azot-wakancji występującym w diamentach – niewielkich wadach, które mogą doprowadzić do uwięzienia pojedynczego elektronu. Precyzyjna manipulacja oraz pomiar stanu tego pojedynczego elektronu umożliwia bardzo czuły pomiar pól elektrycznych i magnetycznych. Wykorzystując standardowe procesy mikrofabrykacji, firma Qnami funkcjonalizuje oraz szlifuje diamenty w taki sposób, by budować na ich podstawie magnetyczne czujniki kwantowe. Jak wyjaśnia Munsch: „Integrując czujniki kwantowe w mikroskopach sił atomowych, budujemy rozwiązanie umożliwiające otrzymywanie obrazów próbek o bardzo wysokiej rozdzielczości dzięki połączeniu topografii oraz krajobrazu magnetycznego. Dotychczas udało nam się uzyskać rozdzielczość boczną na poziomie około 50 nm, a naszym celem jest osiągnięcie rozdzielczości 10 nm”. Docelowa rozdzielczość jest niewiele większa niż wielkość ludzkiego DNA, którego średnica wynosi około 2,5 nm.

Magnetyczne nanoczujniki przyciągają uwagę

„Poza największą rozdzielczością przestrzenną na rynku, rozwiązanie firmy Qnami w zakresie obrazowania magnetycznego jest całkowicie nieinwazyjne, co pozwala naukowcom na badanie nawet najdelikatniejszych materiałów oraz konstrukcji, a także dostrzeganie niewidzianych dotąd szczegółów”, twierdzi Munsch. Co więcej, rozwiązanie pozwala na łatwe uzyskiwanie dokładnych danych, co przekłada się na możliwość otrzymania powtarzalnych wyników ilościowych. Pierwszymi użytkownikami nowej technologii są inżynierowie i naukowcy zajmujący się badaniami z dziedziny spintroniki. „Wszystkie dyski twarde produkowane od lat 90. wykorzystują technologię spintroniczną”, wyjaśnia Munsch. „Już niedługo mogą to być wszystkie układy scalone wykorzystywane w komputerach. Naszym celem jest wspieranie tych inżynierów i naukowców dzięki dostarczaniu im wyjątkowych danych ilościowych na temat ich projektów, dzięki czemu będą w stanie tworzyć, projektować i budować urządzenia elektroniczne przyszłości. To właśnie na tym skupiamy się opracowując we współpracy z firmą Horiba pierwszy prototyp naszego rozwiązania”. Firma Qnami przygotowuje się obecnie do szybkiego rozrostu na rynku i planuje dalszy rozwój w 2020 roku. Przedsiębiorstwo skupi się na rekrutacji nowych pracowników na stanowiska inżynieryjne, sprzedażowe i marketingowe, a także do zespołu rozwoju biznesowego – w szczególności skupiając się na kobietach. Jak podsumowuje Munsch: „Dzięki projektowi NanoMAGIQ byliśmy w stanie postawić przed sobą ambitne cele. Współpraca z naszymi przyszłymi klientami była wyjątkowa, ponieważ pozwoliła nam na zmianę naszych pomysłów i sposobów myślenia w nieprzewidziany sposób, a jednocześnie potwierdziła nasze przekonanie, że nasza praca przyczynia się do zaspokojenia ważnej potrzeby”. Trudno zatem nie cieszyć się na myśl o popularyzacji rozwiązań kwantowych oraz związanego z nią dostępu do nowej wiedzy na temat materiałów i urządzeń.

Słowa kluczowe

NanoMAGIQ, kwantowy, rozdzielczość, magnetyczny, Qnami, azot-wakancja, czujniki kwantowe, próbki, nanoczujniki, diament, mikroskop sił atomowych, cząsteczki, obrazowanie magnetyczne, spintronika

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania