En un avance científico, un equipo de investigación internacional del Forschungszentrum Julich de Alemania y el Centro IBS de Nanociencia Cuántica (QNS) de Corea ha desarrollado un sensor cuántico capaz de detectar campos magnéticos diminutos en la escala de longitud atómica. Este trabajo pionero hace realidad el sueño de los científicos desde hace mucho tiempo: una herramienta similar a la resonancia magnética para materiales cuánticos.
El equipo de investigación aprovechó la experiencia en fabricación ascendente de una sola molécula del grupo Jülich mientras realizaba experimentos en QNS, utilizando la instrumentación de vanguardia y los conocimientos procesales del equipo coreano, para crear el primer sensor cuántico del mundo para el mundo atómico.
El diámetro de un átomo es un millón de veces más pequeño que el cabello humano más grueso. Esto hace que sea extremadamente difícil visualizar y medir con precisión cantidades físicas como los campos eléctricos y magnéticos que emanan de los átomos. Para detectar campos tan débiles procedentes de un solo átomo, el equipo de observación debe ser extremadamente sensible y tan pequeño como el átomo.
Un sensor cuántico es una tecnología que utiliza fenómenos de la mecánica cuántica, como el entrelazamiento del espín de un electrón o el estado cuántico, para realizar mediciones precisas. A lo largo de los años se han desarrollado una variedad de sensores cuánticos. Aunque muchos sensores cuánticos son capaces de detectar campos eléctricos y magnéticos, se creía que la resolución espacial a escala atómica no se podía dominar simultáneamente.
Un nuevo método para mejorar la resolución.
El gran avance del nuevo sensor cuántico a escala atómica reside en el uso de una sola molécula. Esta es una forma conceptualmente diferente de detectar, ya que la mayoría de los demás sensores dependen de un defecto de la red cristalina (una imperfección) para funcionar. Dado que tales defectos desarrollan sus propiedades sólo cuando están profundamente incrustados en el material, el defecto, capaz de detectar campos eléctricos y magnéticos, siempre estará a gran distancia del objeto e impedirá que éste pueda ver el objeto real a escala. átomo único
El equipo de investigación modificó el método y desarrolló una herramienta que utiliza una sola molécula para comprender las propiedades eléctricas y magnéticas de los átomos. La molécula está unida a la punta de un microscopio de efecto túnel y puede acercarse a unas pocas distancias atómicas del objeto real.
El Dr. Tanner Essat, autor principal del equipo de Jülich, expresó su entusiasmo por la posible aplicación y dijo: “Este sensor cuántico cambia las reglas del juego, ya que proporciona imágenes de contenido rico similar a una resonancia magnética y simultáneamente establece un nuevo conjunto de parámetros espaciales”. resoluciones en sensores cuánticos que nos ayudarán a explorarlos y comprenderlos en su nivel más fundamental”. La colaboración a largo plazo recae en el Dr. Essatt, ex postdoctorado en QNS, quien regresó a Jülich donde concibió esta sensible molécula. Eligió regresar a QNS para permanecer en la investigación y probar la técnica utilizando los instrumentos de última generación del centro.
El sensor tiene una resolución de potencia que permite detectar cambios en los campos magnéticos y eléctricos con una resolución espacial del orden de décimas de angstrom, donde 1 angstrom normalmente corresponde a un diámetro atómico. Además, los sensores cuánticos se pueden desarrollar e implementar en laboratorios existentes en todo el mundo.
El sensor tiene una resolución de potencia que permite detectar cambios en los campos magnéticos y eléctricos con una resolución espacial del orden de décimas de angstrom, donde 1 angstrom normalmente corresponde a un diámetro atómico. Además, los sensores cuánticos se pueden desarrollar e implementar en laboratorios existentes en todo el mundo.
“Lo que hace que este logro sea tan interesante es que utilizamos un objeto cuántico brillantemente diseñado para resolver propiedades atómicas fundamentales desde cero. Las técnicas anteriores para obtener imágenes de materiales han utilizado sondas grandes y voluminosas para intentar analizar propiedades atómicas diminutas”, enfatiza el autor principal. de QNS dijo. Dimitri Borodin. “Para parecer pequeño, sé pequeño”.
Este innovador sensor cuántico está preparado para abrir vías transformadoras para diseñar materiales y dispositivos cuánticos, diseñar nuevos catalizadores y explorar el comportamiento cuántico fundamental de sistemas moleculares como la bioquímica.
Potencial innovador
Como señala Yujeong Bae, investigador principal de QNS para el proyecto, “las revoluciones en las herramientas para observar y estudiar la materia provienen de la ciencia básica acumulada. Como dijo Richard Feynman, ‘hay mucho espacio debajo’, el potencial para manipular la tecnología a nivel atómico es infinito.” Y el líder del grupo de investigación de Jülich, el profesor Temirov, añadió: “Es emocionante ver cómo nuestro trabajo de larga data en manipulación molecular ha dado como resultado la construcción de dispositivos cuánticos que mantienen récords”.
Se publican los resultados de la investigación. Nanotecnología de la naturaleza. El desarrollo de este sensor cuántico a escala atómica marca un hito importante en el campo de la tecnología cuántica y se espera que tenga implicaciones de gran alcance en diversas disciplinas científicas.