Baselin yliopiston fyysikot ovat ensimmäistä kertaa onnistuneet mittaamaan atomisesti ohuiden van der Waals -materiaalien magneettisia ominaisuuksia nanomitoissa. Operaatioon he käyttivät timantti-kvanttiantureita kromitrijodidin yksittäisten atomikerrosten magnetoitumisen määrittämiseksi.
Professori Patrick Maletinskin johtama tiimi teki mittaukset atomivoimamikroskoopin timanttikärjellä, joka on koristeltu yhden elektronin spinillä. – Menetelmämme käyttää yksittäisiä spinejä timanttien värikeskuksissa antureina. Kaksiulotteisten materiaalien magneettisia ominaisuuksia voidaan nyt tutkia nanomitoissa ja jopa kvantitatiivisesti, Maletinsky sanoo.
Innsbrukin yliopiston Fyysikko Tracy Northup ja hänen ryhmänsä ovat puolestaan osoittaneet menetelmän, jolla näkyvää valoa voidaan mitata sitä tuhoamatta. Normaalisti valoilmaisin muuntaa valon sähköiseksi signaaliksi, jolloin valo menetetään.
Uudenlaista ilmaisinta voidaan käyttää valon kvanttiominaisuuksien tutkimiseen, mutta myös rajapintoina siirrettäessä kvantti-informaatiota aineesta valoon ja päinvastoin.
Työssään tutkijat sijoittavat ionisoidun kalsiumatomin kahden onton peilin väliin, joiden läpi ohjataan näkyvää laservaloa. - Ionilla on vain heikko vaikutus valoon. Ionin kvanttimittaukset antavat meille mahdollisuuden tehdä tilastollisia ennusteita valon hiukkasten lukumäärästä kammiossa, Northup kertoo.
- Tässä yhteydessä voidaan puhua valohiukkasten kvanttianturista. Tulevaisuudessa menetelmää voitaisiin käyttää esimerkiksi valon kvanttitilojen mittaamiseen, tiivistää Northup.
Sydneyn teknillisen yliopiston johdolla tiedemiehet ovat kehittäneet erittäin herkän ja tarkan nanomitoissa toimivan lämpötila-anturin. Anturi hyödyntää timantti nanopartikkeleiden atomisulkeutumien ominaisuuksia kvanttitasolla. Vaikka puhdas timantti on läpinäkyvä, se sisältää yleensä puutteita, kuten vieraiden atomien sulkeumia. Tutkijat havaitsivat, että timantin epäpuhtauksien säteilevän valon intensiteetti riippuu hyvin vahvasti sen ympäröivästä lämpötilasta.
Tekniikan etuna on, että se on täysin optinen. Mittaus vaatii vain, että nanopartikkeleiden vesiliuoksen pisara joutuu kosketuksiin näytteen kanssa ja sitten mitataan - ei-invasiivisesti - niiden optinen fluoresenssi, kun lasersäde heijastuu niihin.
- Uskomme, että anturi voi mitata lämpötiloja, joiden herkkyys on vertailukelpoinen - tai parempi - nykyisten parhaiden optisten mikro- ja nanolämpömittareiden herkkyys, samalla kun tällä hetkellä sillä on suurin paikkatarkkuus, tohtori Trong Toan Tran kertoo.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 11.5.2019
