Trong khi điện toán lượng tử có vẻ như là mặt hàng đắt khách trong số các công nghệ đang phát triển dựa trên hành vi của vật chất và năng lượng ở cấp độ nguyên tử và hạ nguyên tử, thì một hướng đi khác hứa hẹn sẽ mở ra một cánh cửa mới cho chính nghiên cứu khoa học – kính hiển vi lượng tử.
Với sự tiến bộ của công nghệ lượng tử, các phương thức kính hiển vi mới đang trở nên khả thi — những phương thức có thể nhìn thấy dòng điện, phát hiện từ trường dao động và thậm chí nhìn thấy các phân tử đơn lẻ trên bề mặt.
>> Tham khảo: Chip nano silicon có thể điều trị mất cơ do chấn thương.
Một nguyên mẫu của kính hiển vi như vậy, thể hiện độ nhạy có độ phân giải cao, đã được phát triển bởi một nhóm nghiên cứu người Úc do Giáo sư Igor Aharonovich của Đại học Công nghệ Sydney và Tiến sĩ Jean-Philippe Tetienne của Đại học RMIT đứng đầu. Phát hiện của nhóm hiện đã được công bố trên tạp chí Nature Physics.
Kính hiển vi lượng tử dựa trên các tạp chất nguyên tử, sau khi được chiếu sáng bằng laser, phát ra ánh sáng có thể liên quan trực tiếp đến các đại lượng vật lý thú vị như từ trường, điện trường hoặc môi trường hóa học gần với khuyết tật.
Giáo sư Aharonovich cho biết sự khéo léo của phương pháp mới là, trái ngược với các tinh thể cồng kềnh thường được sử dụng cho cảm biến lượng tử, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các lớp mỏng nguyên tử, được gọi là nitrua boron lục giác (hBN).
>> Tham khảo: Các quy trình mới dẫn đến hiệu suất pin sạc tốt hơn.
Giáo sư Aharonovich cho biết: “Vật liệu van der Waals này – tức là được tạo thành từ các lớp hai chiều liên kết chặt chẽ – có thể được chế tạo rất mỏng và có thể phù hợp với các bề mặt gồ ghề tùy ý, do đó cho phép độ phân giải cao”.
Tiến sĩ Tetienne cho biết: “Những đặc tính này đã đưa chúng tôi đến ý tưởng sử dụng các lá hBN ‘hoạt động lượng tử’ để thực hiện kính hiển vi lượng tử, về cơ bản là một kỹ thuật hình ảnh sử dụng các mảng cảm biến lượng tử để tạo ra các bản đồ không gian của các đại lượng mà chúng nhạy cảm”. .
“Cho đến nay, kính hiển vi lượng tử đã bị hạn chế về độ phân giải không gian và tính linh hoạt của ứng dụng bởi các vấn đề giao thoa vốn có trong việc sử dụng cảm biến ba chiều cồng kềnh.
Thay vào đó, bằng cách sử dụng cảm biến van der Waals, chúng tôi hy vọng sẽ mở rộng tiện ích của kính hiển vi lượng tử vào đấu trường mà trước đây không thể truy cập.”
>> Tham khảo: Sử dụng dữ liệu gió mùa trong quá khứ để dự đoán điều kiện khí hậu trong tương lai.
Để kiểm tra khả năng của nguyên mẫu, nhóm nghiên cứu đã thực hiện cảm biến lượng tử trên một vật liệu từ tính liên quan đến công nghệ — một mảnh CrTe2, một chất sắt từ van der Waals có nhiệt độ tới hạn ngay trên nhiệt độ phòng.
Kính hiển vi lượng tử dựa trên hBN có thể chụp ảnh các miền từ tính của sắt từ, với khoảng cách nano với cảm biến và trong các điều kiện môi trường xung quanh — một điều được cho là không thể xác định niên đại.
Ngoài ra, sử dụng các thuộc tính độc đáo của các khuyết tật hBN, một bản đồ nhiệt độ đồng thời đã được ghi lại, xác nhận rằng kính hiển vi có thể được sử dụng để thực hiện hình ảnh tương quan giữa hai đại lượng.
Các tác giả chính của bài báo Vật lý Tự nhiên, nghiên cứu sinh Alex Healey (Đại học Melbourne) và Sam Scholten (Đại học Melbourne), và nhà nghiên cứu khởi nghiệp Tieshan Yang (UTS), cho biết bản chất van der Waals của cảm biến đã cho phép cảm biến kép. tính chất từ và nhiệt độ.
Họ cho biết: “Bởi vì nó rất mỏng nên không có nhiều nhiệt có thể tản qua nó và bất kỳ sự phân bố nhiệt độ nào tồn tại cũng giống như khi không có cảm biến ở đó”.
“Điều bắt đầu như một sự khó chịu trong thử nghiệm cuối cùng lại là một gợi ý về khả năng duy nhất của kính hiển vi của chúng tôi trong số các lựa chọn thay thế hiện tại.”
>> Tham khảo: Trao đổi chất được tìm thấy để điều chỉnh sản xuất tế bào sát thủ.
Tiến sĩ Mehran Kianinia, nhà nghiên cứu cấp cao của UTS, cho biết: “Có một tiềm năng to lớn cho thế hệ kính hiển vi lượng tử mới này. “Nó không chỉ có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng và cung cấp thông tin đồng thời về nhiệt độ, điện trường và từ trường, nó còn có thể được tích hợp liền mạch vào các thiết bị kích thước nano và chịu được môi trường rất khắc nghiệt, vì hBN là một vật liệu rất cứng.
“Các ứng dụng chính trong tương lai bao gồm MRI (chụp cộng hưởng từ) và NMR (cộng hưởng từ hạt nhân) có độ phân giải cao có thể được sử dụng để nghiên cứu các phản ứng hóa học và xác định nguồn gốc phân tử, cũng như các ứng dụng trong không gian, quốc phòng và nông nghiệp nơi cảm biến và hình ảnh từ xa được sử dụng. Chìa khóa.”
