Urmărirea în timp real a atomilor poate duce la noi tipuri de materiale și echipamente cu tehnologie cuantică

Cercetătorii au folosit o tehnică asemănătoare RMN-ului pentru a urmări mișcarea atomilor individuali în timp real pe măsură ce se unesc pentru a forma materiale bidimensionale, care sunt la fel de groase ca un singur strat atomic.

Rezultate, raportate în jurnal Scrisori de recenzie fizică, poate fi folosit pentru a proiecta noi tipuri de materiale și echipamente de tehnologie cuantică. Cercetătorii, de la Universitatea din Cambridge, au surprins mișcarea atomilor la viteze care sunt opt ​​ordine de mărime foarte rapide pentru microscoapele convenționale.

Materiale bidimensionale, cum ar fi grafen, au potențialul de a îmbunătăți performanța echipamentelor existente și noi, datorită proprietăților lor unice, cum ar fi conductivitatea și rezistența excepțională. Materialele bidimensionale au o gamă largă de aplicații posibile, de la detectarea biologică și livrarea medicamentelor la informații cuantice și calcul cuantic. Cu toate acestea, pentru ca materialele bidimensionale să-și atingă întregul potențial, proprietățile lor trebuie să fie bine reglementate printr-un proces de creștere controlat.

„Această tehnică nu este nouă, dar nu a fost niciodată folosită în acest fel, pentru a măsura creșterea unui material bidimensional”. – Nadav Avidor

Aceste materiale se formează în mod normal ca atomii sări peste un substrat de susținere până când se alătură unui ambreiaj în creștere. A putea monitoriza acest proces oferă oamenilor de știință mult mai mult control asupra materialelor finite. Cu toate acestea, pentru majoritatea materialelor, acest proces are loc atât de repede și la temperaturi atât de ridicate încât poate fi urmărit doar folosind fotografii ale unei suprafețe înghețate, captând un singur moment, mai degrabă decât întregul proces.

Acum, cercetătorii de la Universitatea din Cambridge au urmat întregul proces în timp real, la temperaturi comparabile cu cele utilizate în industrie.

Cercetătorii au folosit o tehnică cunoscută sub numele de „helium spin-echo”, care a fost dezvoltată la Cambridge în ultimii 15 ani. Tehnica are o asemănare cu imagistica prin rezonanță magnetică (RMN), dar folosește un fascicul de atomi de heliu pentru a „ilumina” o suprafață țintă, similar cu sursele de lumină din microscopurile de zi cu zi.

“Folosind această tehnică, putem face experimente precum RMN în zbor pe măsură ce atomii se dispersează”, a spus dr. Nadav Avidor de la Cambridge’s Cavendish Laboratory, autorul principal al lucrării. “Dacă vă gândiți la o sursă de lumină care luminează fotoni într-un eșantion, pe măsură ce acei fotoni se întorc în ochi, puteți vedea ce se întâmplă în eșantion.”

Cu toate acestea, în loc de fotoni, Avidor și colegii săi folosesc atomi de heliu pentru a observa ce se întâmplă pe suprafața eșantionului. Interacțiunea heliului cu atomii de la suprafață permite extragerea mișcării speciilor de suprafață.

Folosind un eșantion testat de atomi de oxigen care se mișcă pe suprafața metalului ruteniu, cercetătorii au înregistrat spargerea și formarea spontană a grupurilor de oxigen, cu doar câțiva atomi în dimensiune și atomii împrăștiați rapid între grupuri.

„Această tehnică nu este nouă, dar nu a fost niciodată folosită în acest mod pentru a măsura creșterea unui material bidimensional”, a spus Avidor. „Dacă te uiți în urmă la istoria spectroscopiei, sondele bazate pe lumină au revoluționat modul în care vedem lumea, iar următorul pas – sondele bazate pe electroni – ne-a permis să vedem și mai mult.”

„Acum mergem cu un pas mai departe de asta, pentru el atombazat pe sondă, permițându-ne să observăm mai multe fenomene la scară atomică. „Pe lângă utilitatea sa în proiectarea și producerea de materiale și echipamente viitoare, sunt încântat să descopăr ce altceva vom putea vedea”.

Referință: „Difuzare ultrarapidă la începutul creșterii: O / Ru (0001)” de Jack Kelsall, Peter SM Townsend, John Ellis, Andrew P. Jardine și Nadav Avidor, 12 aprilie 2021, Scrisori de recenzie fizică.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.155901

Cercetarea a fost efectuată la Centrul Atomic din Cambridge și a fost susținută de Consiliul de Cercetare Inginerie și Științe Fizice (EPSRC).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.