ساخت حسگر کوانتومی از جنس الماس با قابلیت تشخیص دما و مغناطیس

محققان دانشگاه RMIT موفق به ساخت تراشه حسگری دوبعدی کوانتومی با استفاده از نیترید بور شش‌ضلعی (HBN) شدند که می‌تواند همزمان ناهنجاری‌های دمایی و میدان مغناطیسی را در هر جهت تشخیص دهد.

به گزارش ایتنا از ایسنا، تا پیش از این، تراشه‌های حسگری کوانتومی از جنس الماس هر چند که پلتفرم‌های خیلی قوی محسوب می‌شدند، اما همیشه محدودیتی را نیز به کاربر تحمیل می‌کردند. به طوری که این حسگرها فقط می‌توانند زمینه‌های مغناطیسی را هنگام تراز  بودن در جهت میدان تشخیص دهند. در صورت عدم تراز بودن، آنها نقاط کور بزرگی دارند. در نتیجه، مگنتومترهای ساخته شده از الماس باید حاوی حسگرهای متعدد در درجه‌های مختلف باشند. این باعث افزایش دشواری عملکرد و در نتیجه، تطبیق‌ناپذیری در استفاده در کاربردهای مختلف می‌شود. علاوه بر این، ماهیت سفت و سخت و سه بعدی حسگر کوانتومی به این معنی است که این حسگر برای استفاده در نمونه‌هایی که کاملا صاف نیستند، با محدودیت روبرو می‌شود.

برای حل این مشکل، ژان-فیلیپ تتین (از دانشگاه RMIT) و ایگور آهارونوویچ (از دانشگاه صنعتی سیدنی) پلتفرم حسگری کوانتومی جدیدی را با استفاده از HBN ایجاد کردند. این کریستال‌های HBN از لایه‌هایی از ورق‌های ضخیم اتمی تشکیل شده و انعطاف‌پذیر هستند که به تراشه اجازه می‌دهند تا با شکل نمونه مورد مطالعه مطابقت داشته باشند و بسیار نزدیک به نمونه شوند.

نقص‌های مختلفی در ساختار HBN وجود دارد که پدیده‌های نوری مختلفی را ایجاد می‌کند. یک نقص مبتنی بر کربن که اخیراً کشف شده، میدان‌های مغناطیسی را از هر جهت تشخیص می‌دهد، اما تاکنون برای تصویربرداری مغناطیسی مورد استفاده قرار نگرفته است.

در تلاش برای تعیین ساختار این نقص ناشناس، این تیم آزمایش اندازه‌گیری ربی (Rabi) را انجام داد و نتایج را با نقص جای خالی که در HBN نیز وجود داشت، مقایسه کرد. نقص جای خالی بور می‌تواند برای اندازه‌گیری دما در سطح کوانتومی استفاده شود. از طریق این مقایسه، آنها کشف کردند که این نقص جدید همان چیزی است که حسگر را برای تشخیص میدان‌های مغناطیسی از هر جهت مجهز می‌کند.

به نقل از ستاد نانو، این گروه معتقدند که از این فناوری می‌توان برای حسگری کوانتومی به منظور شناسایی ویژگی‌های مغناطیسی در حوزه زمین‌شناسی استفاده کرد.

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در نشریه Nature Communications به چاپ رسیده است.