MIT: Manyetik alanları atom ölçeğinde ölçebilen bir kuantum sensörü icat etti!
MIT araştırmacıları, yalnızca üst ve alt manyetik alanları değil, aynı zamanda çapraz manyetik alanları da ölçebilen, atomik ölçekli manyetik alanları ölçmek için yeni bir yöntem icat ettiler. Bu yeni araç, nöronların içindeki elektriksel darbelerin haritalanması, yeni manyetik materyallerin karakterize edilmesi ve garip kuantum fiziksel olaylarının tespit edilmesi gibi çeşitli alanlarda kullanılabilir.
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)Bu yeni yöntem, Physical Review Letters dergisinde bugün (15 Mart 2019) yayınlanan bir makalede açıklanmaktadır. Makalenin yazarları, yüksek lisans öğrencisi Liu Yixiang, eski yüksek lisans öğrencisi Ashok Ajoy ve nükleer bilim ve mühendislik profesörü Paola Cappellaro.
Brocade Park-Bilim Popülerleştirme: Bu teknoloji, manyetik alanları yüksek hassasiyetle tespit etmek için elmastaki nitrojen boşluk (NV) merkezleri adı verilen küçük kusurları kullanan gelişmiş bir platforma dayanmaktadır. Bu kusurlar, elmasın sıralı karbon atomu kafesindeki iki bitişik karbon atomunun eksik pozisyonlarını içerir; bunlardan biri bir nitrojen atomu ile değiştirilir ve diğeri boştur. Bu, yapının bağ eksikliğine neden olur ve elektronlar, ister elektrik, ister manyetizma veya ışık olsun, çevredeki küçük değişikliklere karşı çok hassastır. Manyetik alanı tespit etmek için tek bir NV merkezi kullanmak eskiden çok doğruydu, ancak yalnızca sensör ekseniyle hizalanmış tek bir boyuttaki değişiklikleri ölçebiliyordu. Ancak, her nabzın tam yönünü ölçerek nöronlar arasındaki bağlantıların haritalanması gibi bazı uygulamalar için, manyetik alanın enine bileşenini ölçmek de yararlı olabilir.
Resim: CC0 Public Domain
Esasen, yeni yöntem bu sorunu nitrojen atomunun nükleer dönüşü tarafından sağlanan ikincil osilatörü kullanarak çözer. Ölçülen alanın yanal bileşeni, ikincil osilatörün yönünü iter. Eksenden hafifçe kaydırarak, yanal bileşen, sensörle hizalanan manyetik alanın periyodik dalgalanması olarak ortaya çıkan bir tür titremeye neden olur ve böylece dikey bileşeni, ana statik manyetik alan ölçümünün üzerine bindirilmiş bir dalga formuna dönüştürür. Daha sonra, yanal bileşenin büyüklüğünü belirlemek için matematiksel olarak geri dönüştürülebilir. Bu yöntem, ikinci ve birinci boyutlarda aynı doğruluğu sağlarken, tek bir sensör kullanmaya devam ederek nanometre ölçekli uzaysal çözünürlüğünü korur. Sonuçları okumak için araştırmacılar, NV merkezinin özel bir özelliğinden yararlanan optik bir konfokal mikroskop kullandılar:
Yeşil ışığa maruz kaldıklarında, yoğunluğu kesin dönüş durumlarına bağlı olan kırmızı veya floresan ışık yayarlar. Bu NV merkezleri kübit olarak işlev görebilir ve kübit hesaplama, sıradan hesaplamada kullanılan kübitlere eşdeğerdir. Dönme durumu flüoresandan ayırt edilebilir.Koyuluysa, "daha az flüoresans üretir", "bir" durumdur ve parlaksa "sıfır" durumudur. Floresans ikisi arasında bir sayı ise, o zaman dönüş durumu "0" ile "1" arasındadır. Basit bir manyetik pusulanın göstergesi, manyetik alanın yönünü söyleyebilir, ancak manyetik alanın gücünü gösteremez. Manyetik alanları ölçmek için kullanılan bazı mevcut cihazlar, manyetik alanın gücünü tam olarak bir yönde ölçerek bunun tersini yapabilir, ancak manyetik alanın genel yönünü açıklayamazlar. Bu tür yön bilgileri, yeni dedektör sisteminin sağlayabileceği şeydir.
- Araştırmacılar, yeşil bir lazerle aydınlatılan manyetik sensör sistemlerini test etmek için deneysel bir cihaz kullandılar. Resim: Araştırmacı tarafından sağlanmıştır
Bu yeni "pusula" türünde, flüoresanın parlaklık ve parlaklık değişikliklerinden nereye işaret ettiğine karar verebilirsiniz. "Ana manyetik alan, genel kararlı parlaklık seviyesi ile temsil edilir ve çarpan manyetik alanın eksen dışı neden olduğu titreme, parlaklığın düzenliliğini gösterir. Dalgalara benzer dalgalanmalar doğru bir şekilde ölçülebilir.Bu teknolojinin ilginç bir uygulaması, elmas NV merkezini nöronlara bağlamaktır.Bir hücre, başka bir hücreyi tetikleyen bir aksiyon potansiyeli yaydığında, sistem yalnızca tespit edebilmemelidir. Sinyal gücü, bağlantı şemasını çizmeye yardımcı olmak ve hangi hücrelerin hangi hücreleri tetiklediğini görmek için yönünü algılayabilmelidir. Benzer şekilde, veri depolama veya diğer uygulamalar için uygun olabilecek yeni manyetik malzemeleri test ederken, yeni sistem Malzeme içerisindeki manyetik alanın boyutunu ve yönünü detaylı olarak ölçebilir.
Çalışması için son derece düşük sıcaklıklar gerektiren diğer bazı sistemlerin aksine, bu yeni tip manyetik sensör sistemi normal oda sıcaklığında da iyi çalışabilir, bu da biyolojik numuneleri yok etmeden test etmeyi mümkün kılar. Bu yeni yöntemin teknolojisi halihazırda mevcuttur. Şimdi yapılabilir, ancak sistemi kalibre etmek biraz zaman alacaktır. Şu anda, sistem yalnızca manyetik alanın toplam dikey bileşeninin bir ölçümünü sağlamakta, ancak manyetik alanın tam yönünü sağlamamaktadır. Artık yalnızca toplam yanal bileşen çıkarılır, yön belirlenemez, ancak üç boyutlu bileşenin eklenmesi, bir referans noktası olarak ek bir statik manyetik alan eklenerek sağlanabilir. Referans alan kalibre edilebildiği sürece, alanın yönü hakkında tam üç boyutlu bilgi elde edilebilir.Bunu yapmanın birçok yolu vardır.
- Araştırmacıların sensör sistemlerini test etmek için kullandıkları deneysel cihaz. Sensör, sağ tarafı merkezde olacak şekilde yeşil çerçevede bulunur. Resim: Araştırmacı tarafından sağlanmıştır
İsrail'deki Weizmann Enstitüsü'nde kimyasal fizik alanında kıdemli bir bilim insanı olan Amit Finkler şunları söyledi: Enine manyetik alana duyarlılık, pratik uygulamalar için iyi olan paralel manyetik alana DC duyarlılığına eşdeğerdir. Etkileyici ve ilham verici. Yazarın el yazmasında alçakgönüllülükle yazdığı gibi, bu gerçekten de vektör nano ölçekli manyetik ölçüme doğru ilk adımdır. Teknolojilerinin moleküler veya yoğunlaştırılmış madde sistemleri gibi gerçek örneklere gerçekten uygulanıp uygulanamayacağı henüz belli değil. Ancak, bu teknolojinin potansiyel bir kullanıcısı / uygulayıcısı olarak, çok etkilendim ve bu şemayı deneysel ortamlarda benimsemeye ve uygulamaya teşvik ettim.
Brocade Park-Science Popularization Araştırma / Gönderen: Massachusetts Institute of Technology / David L. Chandler
Referans Dergi Literatürü: "Physics Review Letters"
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)
