Technologie kwantowe są obok sztucznej inteligencji najbardziej “medialną” manifestacją nauk ścisłych w życiu codziennym. O biciu rekordów związanych ze splątaniem kwantowym czy nowym sposobie korekcji błędów słyszymy co chwilę, ale jest jeden kierunek, który bardzo może przydać się nie tylko fizykom. To mikroskopia kwantowa.
Czytaj też: Fizycy opracowali nowy sposób pomiaru upływu czasu. Kwantowy zegar przyda się do budowy komputerów
Wraz z rozwojem technologii kwantowych, pojawiają się nowe sposoby oglądania szeroko rozumianego mikroświata. Dzięki nim możemy dostrzec przepływ ładunków, wykryć fluktuacje pola magnetycznego, a nawet zobaczyć pojedyncze cząstki. Prototyp mikroskopu kwantowego został zbudowany przez prof. Igora Aharonovicha z University of Technology Sydney i dr Jeana-Philippe’a Tetienne’a z RMIT University. Opisano go w czasopiśmie Nature Physics.
Mikroskop kwantowy, czyli co?
Mikroskop kwantowy bazuje na zanieczyszczeniach atomowych, które po oświetleniu laserem emitują światło związane z różnymi wielkościami fizycznymi, np. polem elektrycznym polem magnetycznym czy chemikaliami. W przeciwieństwie do nieporęcznych kryształów często stosowanych do detekcji kwantowych, fizycy wykorzystali ultracienkie warstwy heksagonalnego azotku boru (hBN).
Ten materiał van der Waalsa – składający się z silnie związanych dwuwymiarowych warstw – może być bardzo cienki i może dopasować się do dowolnie chropowatych powierzchni, umożliwiając tym samym uzyskanie wysokiej rozdzielczości czułości.prof. Igor Aharonovich
Do tej pory mikroskopia kwantowa była ograniczona w swojej rozdzielczości przestrzennej i elastyczności zastosowań przez problemy z interfejsem nieodłącznie związane z użyciem nieporęcznego trójwymiarowego czujnika. Dzięki wykorzystaniu czujnika van der Waalsa, mamy nadzieję rozszerzyć użyteczność mikroskopii kwantowej na obszary, które wcześniej były niedostępne.dr Jean-Philippe Tetienne
Prototypowy mikroskop kwantowy oparty na hBN był w stanie obrazować domeny magnetyczne w CrTe2, ważnym dla fizyków ferromagnetyku van der Waalsa. Detekcja była możliwa w pobliżu czujnika i w temperaturze otoczenia, co do tej pory uważano za niemożliwe. Udało się wykryć zarówno właściwości magnetyczne, jak i temperaturę.
Czytaj też: Elektrony jako ciecz mogą pomóc w budowie komputerów kwantowych odpornych na zaburzenia
Główne przyszłe zastosowania mikroskopów kwantowych obejmują wysokiej rozdzielczości MRI (obrazowanie rezonansu magnetycznego) i NMR (jądrowy rezonans magnetyczny), które mogą być wykorzystywane do badania reakcji chemicznych i diagnostycznych.
