Исследователи разрабатывают процесс, чтобы лучше видеть вещи в наноразмерном мире

Две междисциплинарные группы со многими из одних и тех же исследователей разрабатывают процессы, которые позволяют ученым лучше видеть в наномасштабе и использовать возможности квантовой области.

По обоим проектам были опубликованы статьи в исследовательских журналах на той же неделе в мае с участием преподавателей и аспирантов нескольких академических факультетов Университета Небраски-Линкольн — машиностроения, материаловедения, электротехники, вычислительной техники, химии, физики и астрономии.

Каждая команда поддерживается Emerging Quantum Materials and Technologies, или EQUATE, спонсируемой Небраской группой из 20 преподавателей из различных исследовательских институтов, которая «направляет открытия и ускоряет результаты новых появляющихся квантовых материалов и явлений».

«Мультидисциплинарный подход работает с этими проектами, потому что он позволяет всем нам сосредоточиться на одном аспекте, который имеет жизненно важное значение для их успеха», — сказал Абдельгани Эль-Арави, доцент кафедры машиностроения и материаловедения и исследователь в обеих командах. «Эти проекты продвигают то, что возможно для квантовых исследований».

выпуск от 9 мая АКС Нано представить статью, в которой авторы подробно описывают свой новый метод использования магнитометра на основе азота для изучения магнитных свойств одиночных сшитых наночастиц железа-триазола и кластеров наночастиц.

Предыдущие исследования этих магнитных частиц в основном проводились в объемной форме (раствор или порошок), что затрудняет изучение их индивидуального магнитного поведения из-за слабого рассеянного магнитного сигнала.

Исследователи отбрасывают наночастицы триазольного чугуна на алмазную подложку, легированную сверхчувствительными квантовыми сенсорами. Когда луч зеленого света проходит через подложку, НВ излучают красный свет с разной скоростью в присутствии нанопалочек и наночастиц. Это изменение флуоресценции освещает область и позволяет камере со сверхвысоким разрешением в зависимости от приложенного магнитного поля, микроволновой частоты и температуры отслеживать спины железа-триазола на уровне отдельных наночастиц.

Исследование команды показывает, что технология улучшает возможности визуализации до 20 нанометров — почти в 5000 раз меньше человеческого волоса — и, возможно, чувствительность до 10 нанометров, сказал ЛеРави.

Лараве сказал, что с помощью «теплового переключателя» и «постоянного магнита» команда смогла контролировать спиновые состояния отдельных наностержней и регулировать их уровни магнетизма и создаваемые ими рассеянные магнитные поля. Эти поля рассеяния очень слабы и затрудняют их измерение с использованием обычных методов, таких как магнитно-силовая микроскопия.

«Любая молекула имеет компоненты, в том числе переходные металлы, такие как железо, которые являются магнитными, и вращение этих компонентов ведет себя по-разному в зависимости от температуры», — сказал Ларуи. «При более низких температурах спины не имеют магнитного знака, потому что они компенсируют друг друга.

«Вы можете контролировать это не только с помощью температуры и магнитного поля, но и с помощью приложенных напряжений, которые изменяют вращение магнитных частиц».

Лараве сказал, что технология NV позволит изучать неизведанные магнитные и физические явления в нанометровом масштабе и потенциально приведет к прорывам в квантовом восприятии, электронике молекулярного спина и областях медицины, таких как вирусология и исследования мозга.

Исследователи из второй группы использовали новый сверхтонкий основной материал, чтобы увеличить яркость однофотонных излучателей на 200%. Их статья была опубликована в номере журнала от 3 мая. Передовые оптические материалы.

Гексагональный нитрид бора (hBN), похожий на графен тем, что он настолько тонкий, что практически двумерен, стал очень желанным компонентом интегрированных квантово-фотонных сетей. Однако низкая квантовая эффективность квантового света, содержащегося в hBN, также известного как однофотонные излучатели, является сложной задачей.

Команда Эль-Арави сосредоточила свои исследования на однофотонных свойствах гибридных наноструктур, состоящих из SPE и серебряных нанотрубок, которые содержат коллективные возбуждения электронов, известные как плазмоны.

Исследователи из Небраски показали, что, когда чешуйки hBN находятся в прямом контакте с наноразмерными серебряными нанотрубками, сильное и быстрое излучение одного фотона света при комнатной температуре создает вдвое большее время жизни и интенсивность флуоресценции ТФЭ.

«Надежные и быстрые ТФЭ, полученные при комнатной температуре, могут быть очень полезны для многих новых приложений в области квантовой оптической связи и вычислений», — сказал ЛаРави. «Если вы хотите определить сеть квантовой фотоники или улучшить квантовую связь, теперь вы можете управлять свойствами».

«Результаты доказывают, что твердотельные квантовые излучатели при комнатной температуре из hBN или других двумерных ван-дер-ваальсовых материалов могут стать идеальной платформой для интегрированной квантовой фотоники».