به گزارش خبرگزاری ایمنا و به نقل از ساینس دلیلی، در سالهای اخیر، فناوری حسگرهای کوانتومی به سرعت در حال پیشرفت بوده است و امکان اندازهگیری دقیق میدانهای مغناطیسی در مقیاس نانومتر را فراهم کرده است، محققان دانشگاه کمبریج بهتازگی موفق به توسعه حسگری نوین شدهاند که بر پایه نقصهای اسپینی در ماده دوبعدی بورن نیترید ششضلعی (hBN) کار میکند. این حسگر قابلیت اندازهگیری برداری میدان مغناطیسی را با دقت بالا، در دمای اتاق و با دامنه دینامیکی گسترده ارائه میدهد.
بورن نیترید ششضلعی (hBN) مادهای دوبعدی مشابه گرافن است که میتوان آن را تا چند لایه اتمی نازک کرد. ساختار اتمی ویژه این ماده موجب میشود نقصهای اسپینی خاصی در شبکه بلوری آن ایجاد شود که به عنوان سنسورهای نوری و مغناطیسی عمل میکنند، این نقصها نور را جذب و بازتاب میکنند و پاسخ نوری آنها به شرایط میدان مغناطیسی محیط حساس است، این ویژگیها موجب میشود hBN به یک پلتفرم ایدهآل برای حسگرهای کوانتومی نانومقیاس تبدیل شود، تا پیش از این، بیشتر حسگرهای کوانتومی نانومقیاس در دمای اتاق از نقصهای مرکز خلاء نیتروژن در الماس (NV centers) استفاده میکردند. این حسگرها هرچند قدرتمند بودند اما محدودیتهای مهمی داشتند؛ از جمله حسگر تکمحوری بودن و دامنه دینامیکی محدود برای اندازهگیری میدان مغناطیسی. حسگر توسعهیافته بر پایه hBN این محدودیتها را ندارد و قادر است میدان مغناطیسی را در چند محور و با دامنه گستردهتری اندازهگیری کند. این ویژگی به محققان امکان میدهد اطلاعات دقیقتری از ویژگیهای مغناطیسی مواد به دست آورند.
تکنیک اندازهگیری و مکانیسم عملکرد حسگر
تیم تحقیقاتی با استفاده از روش رزونانس مغناطیسی اپتیکی تشخیص داده شده (ODMR) پاسخ فلورسانس نقصهای اسپینی در hBN را نسبت به تغییرات میدان مغناطیسی بررسی کردهاند. با تحلیل دقیق رفتار اسپین و دینامیک تابش نور، مکانیزمهای نوری که موجب دامنه دینامیکی بالا و قابلیت چندمحوری حسگر میشوند، کشف شدهاند، ساختار نامتقارن نقصها و نرخهای اپتیکی خاص آنها عامل کلیدی در این ویژگیها است، این حسگر میتواند در مطالعات پیشرفته مواد نانو، پدیدههای مغناطیسی پیچیده و فناوریهای کوانتومی کاربرد فراوانی داشته باشد. توانایی حسگر در نقشهبرداری میدان مغناطیسی در مقیاس اتمی به محققان اجازه میدهد خواص مغناطیسی مواد دوبعدی و نانوساختارها را با دقتی بیسابقه بررسی کنند؛ علاوه بر این، این فناوری میتواند به بهبود عملکرد دستگاههای الکترونیکی، مطالعه جریانهای الکتریکی و مغناطیسی در مواد پیشرفته و حتی توسعه نسل جدید حسگرهای بیولوژیکی و پزشکی کمک کند.
با پیشرفت فناوری ساخت و کنترل مواد دوبعدی همچون hBN، حسگرهای کوانتومی با اندازه کوچکتر، حساسیت بالاتر و قابلیت کار در شرایط محیطی مختلف قابل تولید خواهند بود، حسگرهای مبتنی بر hBN میتوانند به صورت یکپارچه در دستگاههای نانوالکترونیکی و نانوحسگری استفاده شوند و افقهای جدیدی در تحقیقات بنیادی و کاربردی باز کنند، توسعه حسگر کوانتومی چندمحوری بر پایه نقصهای اسپینی در hBN یک جهش مهم در فناوری حسگرهای مغناطیسی است، این حسگر علاوه بر رفع محدودیتهای حسگرهای قبلی، امکان اندازهگیری دقیق میدان مغناطیسی برداری را در دمای اتاق فراهم میکند و به محققان در درک بهتر خواص مغناطیسی مواد و نانوساختارها کمک میکند، فناوری hBN مسیر را برای نسل جدید حسگرهای کوانتومی باز کرده که در علوم مواد، نانوفناوری و پزشکی کاربردهای گستردهای خواهند داشت.
نظر شما