Створені "атомарні" датчики, які стануть новим "вікном" у нанорозмірний світ

Створені атомарні датчики


Акції та знижки відомих брендів
 

Акції та знижки відомих брендів! Детальніше...


Момент, коли дослідники компанії IBM в 1981 році розробили і випробували перший тунельний мікроскоп (Scanning Tunneling Microscope, STM), що дозволяє проводити зйомку поверхні з рівнем деталізації до окремих атомів, став революційним моментом для багатьох областей науки і техніки. Багато експертів вважають, що саме цей винахід послужив поштовхом до початку розвитку абсолютно нової галузі галузі нанотехнологій. А недавно дослідники з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі закінчили розробку мікроскопа наступного покоління, який за рахунок використання магнетизму на рівні окремих атомів здатний отримувати високоякісні зображення нанорозмірних об’єктів в широкому діапазоні температури навколишнього середовища. “Серцем цього нового мікроскопа є датчик на основі єдиного атома, а якщо бути точнішим, дефектом, що пов’язаний з відсутністю в кристалічній решітці одного атома.

В якості чутливого елементу нового датчика є так звана азотна вакансія (nitrogen-vacancy, NV), дефект в монокристалі алмазу. Цей дефект створюється шляхом штучної заміни в кристалічній решітці одного атома вуглецю атомом азоту, і його наявність призводить до порушення структури кристалічної решітки. Наявність атома азоту призводить до того, що поряд з ним виникає порожнє місце, заповнене в нормальному кристалі атомом вуглецю.

Наявність дефекту азотної вакансії дозволяє використовувати його для детектування деяких фізичних явищ, зокрема, магнетизму. Такий надчутливий магнітний датчик на основі NVдефекту, дозволяє виміряти величину магнітного поля шляхом вимірювання величини фотолюмінесценції, випромінювання світла в районі дефекту. Для того, щоб перетворити такий датчик в мікроскоп, вчені створили структуру, яка нагадує зубну щітку. Кожна волосинка цієї “зубної щітки” являє собою алмазну голку з одним NVдефектом на її кінці.

Цей мікроскоп є першим інструментом його виду “- розповідає Аня Джейіч (Ania Jayich), професор з Каліфорнійського університету, -” Все це працює, починаючи від кімнатної температури і закінчуючи наднизькими температурами, в умовах яких виникає безліч цікавих фізичних явищ і явищ пов’язаних з квантовою механікою. Коли енергія теплового руху досить низька, на перший план виходять явища, наприклад, електронні взаємодії, які раніше були “закопані” в теплових шумах. І це дозволяє нам отримати безпрецедентний рівень просторової роздільної здатності “.

Для перевірки працездатності нового мікроскопа вчені провели дослідження поверхні напівпровідникового матеріалу, що містить впорядковані магнітні структури, які є центрами концентрацій змін напрямку і сили магнітних потоків в матеріалі. І новий датчик дозволив побачити окремі “вихори” цих змін, тобто зробив те, що раніше не вдавалося зробити за допомогою будь-яких інших датчиків.

Захисти свій комп’ютер та смартфон

ESET NOD32

Незабаром дослідники з Каліфорнійського університету планують проникнути за допомогою нового мікроскопа в світ магнітних скірміонів, світ обертових магнітних утворень, що виникають в тонких плівках деяких матеріалів. Ці скірміони розглядаються в якості перспективних носіїв інформації для пристроїв магнітного зберігання даних нового покоління. І висока роздільна здатність нового мікроскопа дозволить вченим вивчити всі процеси і явища, пов’язані з взаємодіями скірміонів в матеріалі.

На нанорозмірному рівні між окремими атомами виникає безліч різних видів взаємодій” – розповідає Аня Джейіч, – “Ми повинні вивчити і зрозуміти, як працюють всі ці взаємодії. Володіючи такими знаннями, ми зможемо спрогнозувати як матеріал поведеться в тих чи інших умовах, і тільки після цього можна буде починати думати про практичне використання певних матеріалів і явищ, що виникають в них.

Джерело





Залишити відповідь